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無人機應用之傾斜攝影三維建模

時間:2020-2-29 12:56:22欄目:傾斜攝影點擊數(0)已有0人評論 加入收藏

  空間維度是地理現象的最基本特征,是根據地理對象的實際分布特征以及地圖表達的需要來確定的。空間維度包括0維、1維、2維、2.5維和3維。它可能很大延伸得很遠,能直接顯露出來;它也可能很小,很難看出來。現人們只了解一維時間、二維平面、三維空間以及愛因斯坦提及的“四維時空”概念。除此之外,“超弦理論”預測還應該存在另外六個人類未知的空間維度,所以你認為自己了解什么是看見嗎?

  一維: 只有長度二維: 在一個平面上的內容就是二維。二維即左右、上下兩個方向,不存在前后。在一張紙上的內容就可以看做成是二維。即只有面積,沒有體積。我們可以理解為只有長寬的比率。

  三維:

  三維空間,日常生活中可指由長、寬、高三個維度所構成的空間。而且日常生活中使用的“三維空間” 一詞,常常是指三維的歐幾里德空間。

  三維空間是點的位置由三個坐標決定的空間。客觀存在的現實空間就是三維空間,具有長、寬、高三種度量。數學、物理等學科中引進的多維空間概念,是在三維空間基礎上所作的科學抽象。

  四維空間:

  一個時空的概念 日常生活所提及的“四維空間”,大多數都是指愛因斯坦在他的《廣義相對論》和《狹義相對論》中提及的“四維時空”概念。我們的宇宙是由時間和空間構成。時空的關系,是在空間的架構上比普通三維空間的長、寬、高三條軸外又加了一條時間軸,而這條時間的軸是一條虛數值的軸,其實這樣說并不確切。

  一維到四維的轉變

  莫比烏斯環、克菜因瓶及宇宙的邊界

  莫比烏斯環

  一個紙條有正面和反面,如果不充許從邊界繞過去,有沒有辦法從一面到另一面呢?有,就是把這個紙條的一端扭轉180度再和另一端連接起來,形成一個莫比烏斯環。實際上,這個扭曲的二維結構是沒有正反面之分的,仔細觀察就會發現,只要你在這個紙面上沿著一個方向走,就能夠經過這個紙條的所有位置并且回到原點。然而,莫比烏斯環表面雖然是一個二維結構,但是它本身卻只能在三維空間存在。

  克菜因瓶

  那么三維空間有沒有對應的結構呢?有,就是克菜因瓶。在這個奇怪的管狀物里行走,你能經歷所有空間的正面和反面。其實這只是一種簡化的表示,真正的克菜因瓶是不可能在三維空間里畫出來的,因為它本身存在于四維空間。克菜因瓶好像有一個與自己相交的部分,然而在四維空間它并不相交,就像莫比烏斯環在三維空間不相交一樣。

  Polygon Modeling | 多邊形建模 | 效率

  NURBS Modeling | 曲面建模

  首先創建曲線,可以用測量得到的云點創建曲線,也可以從光柵圖像中勾勒出用戶所需曲線。根據創建的曲線,利用過曲線、直紋、過曲線網格、掃掠等選項,創建產品的主要或者大面積的曲面。利用渲染軟件添加材質以及環境背光等等,最后得出效果圖。

  曲面建模NURBS Modeling 非常適合創建光滑的物體,比如:數碼產品、汽車等。但是這種建模的缺點也很明顯,不但難而且也很難精準參數化。NURBS建模方式并不是淘汰了,而是從效率上不及Polygon Modeling,從精確度上來說又不及Parametric Modeling(包括曲面建模方式),所以NURBS更多的會作為視覺表現使用,也就是最終以生產效果圖或者視頻表現為主。

  Parametric Modeling | 參數化建模 | 精準

  Reverse Modeling | 逆向建模

  逆向建模(Reverse Modeling),是基于現實中存在的人物、物品等進行逆向建模的一種方式。就是根據已有的實體模型,掃描其數據(一般為點云),然后在3D環境中重新生成其數字模型。逆向建模的技術發展日新月異,目前逆向建模技術逐漸的成熟。逆向建模技術中包括:點云逆向建模、照片逆向建模、三維掃描逆向建模等技術。

  逆向建模是一種不同的建模思路,無論采用哪種逆向建模的技術,最終都將轉化為多邊形或者三角面的數字模型。生成的模型可用于數字可視化、影視、游戲及其他科研使用。

  逆向建模通過掃描方式(雷達掃描、照片環拍)生成模型,目前的技術還無法提供像參數化建模一樣的精準尺寸模型,但是借助實地測量結合逆向建模,最后為參數化建模提供建模依據,也是一個常用的方法。逆向建模生成的模型通常面數非常高,也需要多邊形建模技術進行優化。目前來說是一個輔助作用,但從長遠來看,總有一天計算機會突破面數的限制,這個需要多久呢?我們還不是很確定,但是值得我們提前布局。

  多邊形建模Polygon 和曲面建模NURBS

  就模型描述方式來講,主要有兩種:Polygon 和nurbs。它們有什么區別?我們先看看用sketchup 和Rhino 如何才能描述一個球:

  skeachup描述的球體:

  以三角面組成的網格面

  細分最小的球體

  細分多一倍

  逐漸圓潤

  Polygon最多細分

  我們用插件建立一個球,發現這個球是由很多三角面構成的,它實質上是多面體而不是球。當表面劃分越細時,它看起來越像一個球。

  犀牛中的Nurbs球體

  光滑的球體

  以曲線旋轉形成的球體

  在犀牛中我們建立一個球體,出現了一個光滑沒有瑕疵的圓,若我們打開它的控制線,發現居然只有3 個圓圈。

  前者就是polygon,polygon 就是由很多平面(主要是三角面)組成曲面,以這種方式細分接近我們需要的曲面效果。Nurbs 天生就可以描述一個曲面。

  發散一下思維,我們使用的Photoshop 中的鋼筆工具就是Nurbs 曲線,想一下它是怎么“畫”一根曲線的。

  Rhino 是第一個天生NURBS 建模軟件。CAID 和CAM 軟件的區別在于實體核心和曲面核心,實體、曲面是指對模型內部數據的處理方式,實體核心模型的每個面是有厚度的,曲面核心模型的面沒有厚度。CAM 軟件直接用于工業制造,而客觀世界的物體都是實體。

  網格面模型

  補充:三維重建

  三維重建是通過點云擬合物體表面的過程,點云數據(point cloud data)是指掃描資料以點的型式記錄,每一個點包含有三維坐標,有些可能含有色彩資訊(R,G,B)或物體反射面強度。點云可以通過相機標定等過程獲取,也可以通過其他掃描設備獲取,這是計算機圖形學范疇。

  例如,二維下示例:

  三維下示例:

  delaunay之類算法中,二維用三角形(2-單純形),三維用四面體(3-單純形)填充物體的。單純復形(simplicial complex)是拓撲學中的概念,指由點、線段、三角形等單純形“粘合”而得的拓撲對象。

  還看這只鳥,(b)就是就是凸包。凸包內任意兩個點的連線仍然在凸包內。并且,給定點集,其凸殼是唯一的。

  我們知道,傳統的建筑學是通過圖形為媒介,以立體形象思維為起點進行設計思考的,并已經為此建立了一整套包括構思、設計、表達、評價以至于審美的完善方法;而目前,接觸參數化則將不可避免地面對各種數學公式和數據類型。面對從圖形到數據之間的對應轉換,對建筑師來說,兩者構思和解決問題的方式是不盡相同的,這是用參數化手段解決建筑學問題,與建筑學常用的圖形思考習慣之間最大的區別所在。

  參數化設計的核心是“邏輯建模” 。顧名思義,就是利用物體自身的邏輯性建立這個物體,比如說:我們利用變量關系,隨時可以修改建筑與周邊環境的關系,更改建筑造型與結構關系,因此在傳統思維里這無疑是異想天開!!!

  下圖就是利用改變聯體變量關系,進行設計的規劃的建筑及其景觀設計

  欣賞初期的鳳凰傳媒設計方案草圖

  鳳凰傳媒建造過程

  水立方方案分析階段

  水立方建造完成

  所以,參數化建模是當今流行的趨勢!

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