1、基于静态 2D 图片的 3D 模型生成及编辑系统开发 -模型编辑 系统开发 本科毕业论文 (科研训练、毕业设计 ) 题 目： 基于静态 2D图片的 3D模型生成及 编辑系统开发 模型编辑 系统开发 姓 名： 学 院： 软件学院 系： 软件工程 专 业： 软件工程 年 级： 学 号： 指导教师（校内）： 职称： 指导教师（校外）： 职称： 年 月 日基于静态 2D 图片的 3D 模型生成及编辑系统开发 -模型编辑 系统开发 I 摘 要 本文详细介绍了 基于静态 2D图片的 3D模型生成及编辑系统开发 的 实现过程，其中涵盖了 人脸模型 表 示 、人脸模型 产生 、 纹理合成、 3D人脸生成 、
2、图像编辑 以及特效 等几个模块 。 研究了 所建模型怎么样才能够 有效反映人脸图像的特性，并对其能否对人脸图像进行有效的 描述 作了实验、分析及验证 。 对人脸图像这种特征分布规律较一致的图像背景下进行模式识别运用的可能性进行了分析和验证，其中特别对人脸图像在光照、 反走样 、面部俯仰及旋转、 坐标 变更等方面发生变化作了分析 。 通过对图像直观表示方法的实验与尝试，直观的展示了图像处理函数库在建模与三维立体图片展示方面的应用。 对其各自的具体实现方法进行了详细的 介绍，并对其中的关键技术提供 了代码（或伪代码）加以阐述。最后，综合使用了各种方法，并在此基础上加以改进，编写了一 个按要求描述的
3、程序 。 关键词 ： 人脸 ； OpenGL； 纹理 ； 模型编辑 ； 映射 基于静态 2D 图片的 3D 模型生成及编辑系统开发 -模型编辑 系统开发 II Abstract The article specifically shows the process of designing the software of the Transform 2D Picture into 3D, including the introduction of the basic steps and technology to achieve the software, such as the express
4、ion of face model, model generation, texture synthesis,effects and so on. We had a research on how to express the features of face efficiently. We execute these methods and analyze the results. Moreover, validating and analyzing the possibility when working on the evendistribution images. Particular
5、ly analyzing on the lighting、 anti-aliasing、 rotation and transformation of coordinates. By experimenting and having a try in these fields , we show how the image processing function library works directly. Meanwhile the programme(or pseudocode) is provided to illustrate the currently popular and ad
6、vanced solution method:. Finally, an example of adopting the several technologies simultaneously and with the some improvement and optimization is shown. Key words: Face ; OpenGL ;Texture ; Editing Models ; Mapping 基于静态 2D 图片的 3D 模型生成及编辑系统开发 -模型编辑 系统开发 III 目录 引言 . 1 第一章 相关内容 . 4 1 1 MPEG-4 . 4 1 2 纹
7、理映射（ Texture Mapping） . 4 1、 3 OpenGL. 5 第二章 总体设计 . 6 2 1 基于静态 2D 图片的 3D 模型生成及编辑系统的构成 . 6 2 2 界面设计 . 9 2 3 程序模块 . 10 2 4 程序开发 . 10 第三章 模型建立 . 11 3 1 人脸模型表示 . 11 3 2 人脸模型产生 . 13 3 3 纹理合成 . 14 3 4 3D 图像生成 . 17 第 四章 图像编辑 . 22 4、 1 背景色 . 24 4、 2 光照 . 26 4、 3 模式 . 29 4、 4 几何变换 . 30 4、 5 反走样 . 33 第五章 特效 .
8、 35 5.1 窗口切换 . 35 5、 2 加载纹理 . 36 5.3 绘制形状 . 38 基于静态 2D 图片的 3D 模型生成及编辑系统开发 -模型编辑 系统开发 IV 5、 4 更多函数相关 . 39 第六章 结论 . 46 致谢语 . 48 参考文献： . 49 基于静态 2D 图片的 3D 模型生成及编辑系统开发 -模型编辑 系统开发 V Contents Introduction . 1 Chapter 1 Related conten . 4 1.1 MPEG-4 . 4 2.2 Texture Mapping . 4 2.2 OpenGL. 5 Chapter 2 Desig
9、n. 6 2.1 Based on static 2 D picture of the 3 D model of production and editing system constitute . 6 2.2 Interface Design . 9 2.3 Design . 10 2.4 Development . 10 Chapter 3 Detailed Design . 11 3.1 Face Model Expression . 11 3.2 Model Generation . 13 3.3 Texture Synthesis . 14 3.4 3D Image Generati
10、on . 17 Chapter 4 Image Editing . 22 4.1 Background Color . 24 4.2 Lighting . 26 4.3 Mode . 29 4.4 Geometric Transform . 30 4.5 Anti-aliasing. 33 Chapter 5 Effect . 35 5.1 Window Switch . 35 5.2 Load Texture . 36 基于静态 2D 图片的 3D 模型生成及编辑系统开发 -模型编辑 系统开发 VI 5.3 Drawing Shape . 38 5.4 More Related Functi
11、ons . 39 Chapter 6 Conclusions . 46 Thanks . 48 References . 49 基于静态 2D 图片的 3D 模型生成及编辑系统开发 -模型编辑 系统开发 1 引言 二维向三维图片的转化是当前图像处理热点三维立体图像真实感的一个重要的研究内容，我们 在此次毕设中 所作的尽管只是有限的尝试，但它毕竟是有益的。同时对我们作为学生的个体将来的发展亦将有着不可低估的影响。 下面我将对与本项目有关的图像处理发展状况及相关定义进行粗略的阐述。 图像处理是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。图像处理最早出现于 20 世纪 50年代，当时的
12、电子计算机已经发展到一定水平，人们 开始利用计算机来处理图形和图像信息。数字图像处理作为一门学科大约形成于 20 世纪 60 年代初期。早期的图像处理的目的是改善图像的质量，它以人为对象， 以改善人的视觉效果为目的。图像处理中，输入的是质量低的图像，输出的是改善质量后的图像，常用的图像处理方法有图像增强、复原、编码、压缩等。首次获得 实际成功应用的是美国喷气推进实验室（ JPL）。他们对航天探测器徘徊者 7 号在 1964 年发回的几千张月球照片使用了图像处理技术，如几何校正、灰度变 换、去除噪声等方法进行处理，并考虑了太阳位置和月球环境的影响，由计算机成功地绘制出月球表面地图，获得了巨大的成
13、功。随后又对探测飞船发回的近十万张 照片进行更 为复杂的图像处理，以致获得了月球的地形图、彩色图及全景镶嵌图，获得了非凡的成果，为人类登月创举奠定了坚实的基础，也推动了数字图像处理这 门学科的诞生。在以后的宇航空间技术，如对火星、土星等星球的探测研究中，数字图像处理技术都发挥了巨大的作用。 数字图像处理取得的另一个巨大成就是在医学上获得的成果。 1972 年英国 EMI 公司工程师 Housfield 发明了用于头颅诊断的 X射线计算机断层摄影装 置，也就是我们通常所说的 CT（ Computer Tomograph）。 CT 的基本方法是根据人的头部截面的投影，经计算机处理 来重建截面图像，
14、称为图像重建。 1975 年 EMI 公司又成功研制出全身用的 CT 装置，获得了人体各个部位鲜明清晰的断层图像。 1979年，这项无损伤诊断技术获得了诺贝尔奖，说明它对人类作出了划时代的贡献。 与此同时，图像处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重大的开拓性成就，属于这些领域的有航空航天、生物医学工程、工业检测、机器人视觉、公安司 法、军事制导、文化艺术等，使图像处理成为一门引人注目、前景远大的新型学科。 随着图像处理技术的深入发展，从 70年代中期开始，随着计算机技术 基于静态 2D 图片的 3D 模型生成及编辑系统开发 -模型编辑 系统开发 2 和人工智能、思维科学研究的迅 速发展，
15、数字图像处理向更高、更深层次发展。人们已开始研 究如何用计算机系统解释图像，实现类似人类视觉系统理解外部世界，这被称为图像理解或计算机视觉。很多国家，特别是发达国家投入更多的人力、物力到这项研 究，取得了不少重要的研究成果。其中代表性的成果是 70年代末 MIT 的 Marr 提出的视觉计算理论，这个理论成为计算机视觉领域其后十多年的主导思想。图 像理解虽然在理论方法研究上已取得不小的进展，但它本身是一个比较难的研究领域，存在不少困难，因人类本身对自己的视觉过程还了 解甚少，因此计算机视觉是一个有待人们进一步 探索的新领域。图像处理主要研究的内容有以下几个方面： 1) 图像变换 由于图像阵列很
16、大，直接在空间域中进行处理，涉及计算量很大。因此，往往采用各种图像变换的方法，如傅立叶变换、沃尔什变换、离散余弦变换等间接处理技 术，将空间域的处理转换为变换域处理，不仅可减少计算量，而且可获得更有效的处理（如傅立叶变换可在频域中进行数字滤波处理）。目前新兴研究的小波变换在 时域和频域中都具有良好的局部化特性，它在图像处理 中也有着广泛而有效的应用。 2) 图像编码压缩 图像编码压缩技术可减少描述图像的数据量（即比特数） ，以便节省图像传输、处理时间和减少所占用的存储器容量。压缩可以在不失真的前提下获得，也可以在允许的失真条件下进行。编码是压缩技术中最重要的方法， 它在图像处理技术中是发展最早
17、且比较成熟的技术。 3) 图像增强和复原 图像增强和复原的目的是为了提高图像的质量，如去除噪声，提高图像的清晰度等。图像增强不考虑图像降质的原因，突出图像中所感兴趣的部分。如强化图像高频 分量，可使图像中物体轮廓清晰，细节明显；如强化低频分量可减少图像中噪声影响。图像复原要求对图像降质的原因有一定的了解，一般讲应根据降质过程建立 “ 降 质模型 “，再采用某种滤波方法，恢复或重 建原来的图像。 4) 图像分割 图像分割是数字图像处理中的关键技术之一。图像分割是将图像中有意义的特征部分提取出来，其有意义的特征有图像中的边缘、区域等，这是进一步进行图像识 别、分析和理解的基础。虽然目前已研究出不少
18、边缘提取、区域分割的方法，但还没有一种普遍适用于各种图像的有效方法。因此，对图像分 基于静态 2D 图片的 3D 模型生成及编辑系统开发 -模型编辑 系统开发 3 割的研究还在不断深入 之中，是目前图像处理中研究的热点之一。 5) 图像描述 图像描述是图像识别和理解的必要前提。作为最简单的二值图像可采用其几何特性描述物体的特性， 一般图像的描述方法采用二维形状描述，它有边界描述和区域描 述两类方法。对于特殊的纹理图像可采用二维纹理特征描述。随着图像处理研究的深入发展，已经开始进行三维物体描述的研究，提出了体积 描述、表面描述、广义 圆柱体描述等方法。 6) 图像分类（识别） 图像分类（识别）属于模式识别的范畴，其主要内容是图像经过某些预处理（增强、复原、压缩）后，进行图像分割和特征提取，从而进行判决分类。图像分类常采 用经典的模式识别方法，有统计模式分类和句法（结构）模式分类，近年来新发展起来的模糊模式识别和人工神经网络模式分类在 图 像识别中也越来越受到重视。
