计算机图形学_第十一章_三维形体的表示.ppt

Lecture 11 Lecture 11 三维形体的表示三维形体的表示概述三维造型技术是一项研究在计算机中,如何建立恰当三维造型技术是一项研究在计算机中,如何建立恰当的模型来表示自然界中形态丰富的三维物体的技术。的模型来表示自然界中形态丰富的三维物体的技术。三维造型技术根据造型对象分成三类: 三维造型技术根据造型对象分成三类: ??第一类是曲面造型,这种造型方法研究在计算机内如何第一类是曲面造型,这种造型方法研究在计算机内如何描述一张曲面。描述一张曲面。??第二类是立体造型方法,它研究如何在计算机内定义、第二类是立体造型方法,它研究如何在计算机内定义、表示一个三维物体。表示一个三维物体。??第三类造型方法是自然景物模拟,研究如何在计算机内第三类造型方法是自然景物模拟,研究如何在计算机内模拟自然景物,如云、水流、树等等。模拟自然景物,如云、水流、树等等。概述三维几何造型现已开始被广泛地应用在工业生产及艺术造三维几何造型现已开始被广泛地应用在工业生产及艺术造型的各个领域。型的各个领域。??机械行业机械行业??设计方面,几何造型方法可以逼真地反映物体的外观,检查零件之间的设计方面,几何造型方法可以逼真地反映物体的外观,检查零件之间的装配关系,高效、准确地生成生产图纸; 装配关系,高效、准确地生成生产图纸; ??分析计算方面,它可以精确地计算出零件的质量、质心、转动惯量、表分析计算方面,它可以精确地计算出零件的质量、质心、转动惯量、表面积等物性参数; 面积等物性参数; ??计算机辅助制造时,可以引用几何造型的结果,直接规划数控加工的刀计算机辅助制造时,可以引用几何造型的结果,直接规划数控加工的刀具轨迹; 具轨迹; ??运动分析方面,几何造型系统可以完成机械手的动作规划、运动模拟以运动分析方面,几何造型系统可以完成机械手的动作规划、运动模拟以及零件间的干涉检查等。及零件间的干涉检查等。概述??计算机艺术、动画片制作、模拟仿真、计算机视觉、机器人等计算机艺术、动画片制作、模拟仿真、计算机视觉、机器人等领域都把几何造型作为基础。领域都把几何造型作为基础。??利用三维几何造型技术,既可产生已有物体的真实模型,也可利用三维几何造型技术,既可产生已有物体的真实模型,也可产生人们头脑中的某种设计想象或艺术模型。产生人们头脑中的某种设计想象或艺术模型。形体的表示在计算机中表示形体的方法通常有三种: 在计算机中表示形体的方法通常有三种: ??线框模型线框模型??表面模型表面模型??实体模型实体模型线框模型线框模型采用三维形体的全部顶点及边的集合来描述线框模型采用三维形体的全部顶点及边的集合来描述三维形体,即用三维形体的顶点表和边表两个表的数据三维形体,即用三维形体的顶点表和边表两个表的数据结构来表示三维模型。结构来表示三维模型。线框模型线框模型的主要优点是结构简单,处理容易,在线框模型的主要优点是结构简单,处理容易,在 CPU CPU 时间及存储方面时间及存储方面开销低开销低。。线框模型也有非常显著的缺点。线框模型也有非常显著的缺点。??不能表示表面含有曲面的物体; 不能表示表面含有曲面的物体; ??不能明确地定义给定点与物体之间的关系,应用范围受到了很大的限制不能明确地定义给定点与物体之间的关系,应用范围受到了很大的限制??线框模型容易出现二义性,对于一个线框模型,可以有不同的理解。线框模型容易出现二义性,对于一个线框模型,可以有不同的理解。表面模型表面模型在线框模型的表面模型在线框模型的基础上,增加了物体中的基础上,增加了物体中的面的信息,用面的集合来面的信息,用面的集合来表示物体,而用环来定义表示物体,而用环来定义面的边界面的边界. . 表面模型??表面模型克服了线框模型的很多缺点,比较完整地定义了三维表面模型克服了线框模型的很多缺点,比较完整地定义了三维立体的表面,因而其造型体的覆盖面较广,无论解析的或非解立体的表面,因而其造型体的覆盖面较广,无论解析的或非解析的目标均可用表面模型来描述。析的目标均可用表面模型来描述。??表面模型又分为平面模型和曲面模型两种。前者以多边形网格表面模型又分为平面模型和曲面模型两种。前者以多边形网格为基础。由上述顶点表、边表和面表就可构成平面立体的平面为基础。由上述顶点表、边表和面表就可构成平面立体的平面模型。后者是以参数曲面块为基础。模型。后者是以参数曲面块为基础。??表面模型也存在一些不足,这主要是它只能表示物体的表面边表面模型也存在一些不足,这主要是它只能表示物体的表面边界,而没有表达出真实体属性。因此,也就无法切开表示物体界,而没有表达出真实体属性。因此,也就无法切开表示物体的内部结构。由此就很难确认一个表面模型表示的三维图形是的内部结构。由此就很难确认一个表面模型表示的三维图形是一个实体还是一个空壳一个