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三維掃描儀的應用:彩色三維掃描儀——數字化時代的嬌子

時間:2014-09-09 16:17:56來源:本站瀏覽次數:5605

輸入設備是計算機應用係統的重要組成部分,將處理對象的信息數字化,變為計算機能直接處理的信號並輸入計算機,是計算機應用係統的基礎。平麵掃描儀隻能將平麵圖片信息數字化,攝像機隻能拍攝物體某一側麵的信息,而三維掃描儀則克服了這些傳統技術的局限性,能夠對立體實物進行掃描,解決了將立體彩色世界的信息數字化並輸入計算機這一瓶頸問題,實現“真實物體捕捉”(RealityCapture),作為一種全新的數字化輸入設備,對許多計算機應用係統有著重要的意義。

1.影視特技製作----最能發揮三維掃描技術作用的是影視特技製作。

    隨著計算機圖形圖像技術的飛速發展,計算機影視特技技術越來越廣泛地應用於影視、廣告業,給人們帶來了全新的視覺感受,實現了過去無法想像的特技效果,已經成為高質量影視、廣告製作中不可缺少的手段。

    要在計算機上對一個對象進行三維動畫特技處理,首先必須獲得其三維彩色數字化模型。這隻有兩個渠道,一是在計算機中構造,二是設法獲得實物的立體彩色模型。對於一些規則簡單的,或者是完全想像虛構的物體,可以由電腦特技師利用三維構型軟件構造。另一方麵,在許多情況下,需要對特定的真實演員形象進行三維特技處理,製作一個真實、複雜物體的三維特技效果,對於這類真實的、複雜的物體,例如人的頭部或藝術品是很難用構型軟件製作出三維模型的。雖然現在的高級三維構型軟件提供了自由曲線造型功能,但如要完全利用構型軟件製作出一個湯姆·漢克斯的三維彩色模型,恐怕再熟練的電腦特技師都會感到頭痛,正所謂“畫鬼容易畫人難”。如果客戶要求在動畫中加入一個真實的、精美絕倫的工藝品或文物的三維特技效果,即使特技師有耐心試圖一點點地在構型軟件中把它“做”出來,最後多半也是吃力不討好。

    而有了彩色三維掃描儀後,這些難題就會迎刃而解。它能迅速、方便地將演員、道具、模型等的表麵空間和顏色數據掃描入計算機中,構成與真實物體完全一致的三維彩色模型,其數據格式能與通用的三維動畫軟件接口。有了這些數字化模型,就可以用三維動畫軟件對它們做進一步的特技處理,如旋轉、壓縮、拉伸、扭曲等各種變化,完成切割、剪裁、拚接、運動等各種特技處理,或融入特定的場景中,實現高難度的特技效果。而且三維彩色掃描還可以得到物體的表麵色彩紋理貼圖,這不僅有利於特技處理,還可以將一個物體的色彩紋理圖貼在另一個物體上,比如將羅納爾多的臉部紋理貼在一個足球上,以達到一些特殊效果。早在前些年看到的一些影片,如《蜘蛛俠係列》、《終結者係列》、《玩具總動員》、《泰坦尼克3D》、《變形金剛係列》等,其中那些令人震撼、歎為觀止的三維特技效果,在製作中都借助了三維彩色掃描技術。在《侏羅紀公園》中,特技人員先雕刻好一個恐龍的模型,然後用三維掃描儀對其掃描,得到恐龍的三維彩色數字模型,再用三維動畫軟件使其做出各種動作,並完成與背景、人物的合成,最後才形成我們看到的幾可亂真的畫麵。其他如《玩具總動員》中的玩偶形象、《JungleBook》中蛇的模型、《DragonHeart》中飛龍的模型、《TheDoors》中的valKilmer、《終結者Ⅱ》中的LindaHamilton和robertPatrick等,都使用了三維彩色掃描儀進行掃描。----現在美國用三維彩色掃描儀將演員、動物的立體彩色模型輸入三維動畫軟件,形成數字化的“虛擬演員”,結合高級的三維動畫技術和近年來興起的表演動畫技術,賦予“它”不同的表情和動作。給影視特技製作帶來革命性的變化。

2.虛擬現實係統----在仿真訓練係統、靈境(虛擬現實)、虛擬演播室係統中,也需要大量的三維彩色模型,靠人工構造這些模型費時費力,且真實感差。同樣,Internet上炒得正熱的VRML技術如果沒有足夠的三維彩色模型,也隻能是無米之炊,而三維彩色掃描技術可提供這些係統所需要的大量的、與現實世界完全一致的三維彩色模型數據。銷售商可以利用三維彩色掃描儀和VRML技術,將商品的三維彩色模型放在網頁上,使顧客通過網絡對商品進行直觀的、交互式的瀏覽,實現“HomeShopping”。

3.遊戲娛樂業----遊戲娛樂業總為一些自視清高的技術人員所不屑,但它始終是計算機產業的金礦。現代計算機遊戲已經進入了三維、互動、虛擬現實階段,三維掃描儀正可以大顯身手。它不僅可以為遊戲、娛樂係統提供大量具有極強真實感的三維彩色模型,還可以將遊戲者的形象掃描輸入到係統中,達到極佳的“參與感”、“沉浸感”,讓你感受到夢幻般的效果。

4.文物----對於文物,三維彩色掃描技術能以不損傷物體的手段,獲得文物的外形尺寸和表麵色彩、紋理,得到三維彩色拷貝。所記錄的信息完整全麵,而不是像照片那樣僅僅是幾個側麵的圖像,且這些信息便於長期保存、複製、再現、傳輸、查閱和交流,使研究者能夠在不直接接觸文物的情況下,甚至千裏之外,對其進行直觀的研究,這些都是傳統的照相等手段所無法比擬的。有了這些信息,也給文物複製帶來很大的便利。目前,法國已將這一技術用於文物工作,美國斯坦福大學利用三維掃描技術實施“數字化米開朗基羅”項目,計劃將文藝複興時期的這位意大利著名雕塑家的作品數字化。歐洲的四家公司、三所大學、兩座博物館聯合實施Archatour項目,其主要目標是以三維數字技術改進考古、旅遊領域中的多媒體係統,而三維掃描是其中的關鍵一環。英國自然曆史博物館利用三維掃描儀對文物進行掃描,將其立體色彩數字模型送到虛擬現實係統中,建立了虛擬博物館,令參觀者猶如進入了遠古時代。

5.雕塑----雕塑長久以來都是天才藝術家們的專利,而三維掃描儀與數控雕刻機、快速成型設備相結合,則可能給這些驕傲的天才以沉重的一擊。可以想像,一個人擺好姿勢,做出很酷的表情,用一台三維掃描儀進行幾分鍾的掃描,就能把他身體表麵的每個點,包括臉部的每一條皺紋的坐標數據測量出來,將數據傳送給數控雕刻機或快速成型機,很快就能製作出逼真的雕像。這樣,在三維掃描儀和數控雕刻機、快速成型機的幫助下,一個不懂藝術的人隻需敲幾下鍵盤就可以搶走天才藝術家的飯碗。當然,正如同照相機沒有讓所有畫家都餓去世一樣,雕刻家仍然有用武之地。如果他們善於利用新技術,甚至可以比以前做得更好。雕刻家可以利用三維掃描儀獲取對象的彩色立體模型,然後利用CAD、三維構型軟件,充分發揮他們的藝術想像力和創造力,對原始模型進行隨心所欲的加工、變形,並直接觀看其效果,滿意後再送給數控雕刻機,這樣就能給藝術家的工作提供很大的方便。這一技術還可用於其他工藝品的設計和製作。

6.三維傳真----我們通常見到的傳真機都是二維的,在發送端用平麵掃描設備對平麵圖片進行掃描,通過通信設備將信息發至接收端,再通過打印設備將圖像打印出來。可以設想,將發送端的設備換成三維掃描儀,對立體實物進行掃描,就可以實現三維傳真,如果接收端配備了快速成型機,還可以直接得到實物模型。斯坦福大學等已對此進行了研究,這類係統可用於分布式製造係統、產品銷售等方麵。

7.研究領域----隨著技術的發展,圖形圖像科技工作者的研究領域已經從平麵圖像處理發展到三維圖形圖像處理,如何獲得三維圖像數據是他們首先要解決的問題。三維掃描儀可以為他們提供迅速獲取三維彩色圖像數據的手段,為三維彩色圖形圖像處理、三維物體識別、深度圖像理解的研究提供方便。正如現在幾乎每個搞圖像處理的研究室都配備有平麵掃描儀一樣,到今天三維掃描儀已經成為圖像處理研究機構的常用設備。



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