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照片形体的数据挖掘

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纸模型工艺包含设计和制作两部分,本吧的贴大都涉及制作,谈及设计的较少。设计是根据所建模型,出具制作图纸的产生过程。此处的模型是依据实物原型的三维信息进行简化,在计算机上虚拟的。而像交通工具、武器装备此类的实物,局外人很难得到详尽的资料,希望自行设计纸模型极不容易。通常实物原型的相关照片能在网上搜到,而且质量与数量均不差。虽然从照片可宏观了解实物的大致形体,但过于粗略不能用于建模。然而照片是实物的客观记录,有关几何信息是被隐含在其中的。若借助相关工具和相当技巧,能否挖掘出实物足够精度的三维参数,满足建模的需要呢,本人觉得值得一试。
为了降低难度,整个过程须分多步走。建模的实物对象一般都有较复杂的形体,可将其看成是若干个简单部件的组合。每次仅面对某个简单部件,忽略其余部件,独立的分析,较易找出结果。然后利用查出的数据,进一步探索相邻部件。以此逐个积累、拼合叠加,最终掌握全部的所需参数。
照片用平面记录了实物的立体信息,遵循一套物理法则。只能据此反推,才可能正确的找回初始的三维数据。所以了解其规律,是必备的相关知识。
视角为专业术语,表示视线相对于物体面的倾斜程度。其改变时照片上的形象随之变化,即使是简单形体,结果也能千姿百态。准备工作的第一步,先找寻视角变化与图形特征的关系。
考察一个正方体,斜对它时,常可看见三个面。这三个面的原状是相同的正方形,但此时视觉形象则是不同的平行四边形。有几个举例见下图,如果移动眼睛,改变视角会引起上平面形状改变,也就是视角决定了上平面的形状参数(边长比与夹角)。
当正方体上平面的形状选定后,与其相连棱的角度也与之相关,不再变化而形成对应图像。若将正方体的一个顶点看作是坐标系的原点,则不同的视角使坐标轴的夹角跟着相应变化。这是总结出的第一条规律。
此时顶点的各边长比也被固定了,但因视觉长度与真实长度关系复杂,不宜直接测量,关于这一点下次再谈。


IP属地:广东1楼2022-10-01 09:40回复
    严格的说,当眼睛沿着视线方向进退时,正方体上平面的形状也在微量的变化。眼睛距离正方体较近时,只是近似平行四边形,相距越远,近似程度越高,无穷远时就是平行四边形。
    镜头与物体间的距离被称作视距,随视距变化,照片形体也出现渐变。在照片中,靠近镜头的线段,与远离镜头的同长是不等的,近大远小。所以说照片中视觉长度不宜直接测量。有关这些的变化的解释,可参考下图。
    那么视距会不会影响坐标轴的夹角呢?角是点向外延伸的两条线形成的,但无关线的长度。坐标轴的夹角,可以认为是距原点无穷短的两线组成,与原点同视距,所以也就不会改变了。


    IP属地:广东2楼2022-10-02 10:26
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      绝大多数的照片中,近大远小现象是较明显的,因而需要确立采集尺寸数据的方法。建立一个三维坐标系,植入照片中,且能平移和旋转。然后输入形体的相关参数,并显出对应的可见线图,与照片的形象拟合比较,作定形筛选。
      此坐标系的三轴也有分工,XY平面适合描述曲线形状,Z轴通常只表达直线型表面。按此原则在照片上,为单个的部件建立一个坐标系。而下一个部件则需再重建,不设立通用或整体的稳定坐标系。此法看似繁琐,其实非常灵活,没有各部件间相互的掣肘。
      下图表现了此部件线图坐标系,因为照片中近大远小一般很突出,所以透视现象是关注的重点。透视的平行线呈收敛状,长焦收得缓,短焦收得急,这是线图拟合形象的重要依据。长、短焦本是指焦距相对于照片人身高的比例,这里则可理解为原点视距与部件尺度之比。此图中的长焦为24倍的边长,短焦则仅4倍左右。


      IP属地:广东4楼2022-10-03 10:01
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        这里做首次测试,对象是随意拍摄的一个圆柱体,原尺寸直径84,高200mm,有透视变形。然而仅凭肉眼观察照片,除估计这是圆柱体外,长度比例是得不出的,即使能用尺量。
        测试的目标是线图拟合形象,找出照片中直径与高的比例(所得长度与真实长度有定比关系)。然后再与真实比例对照,得出误差大小,以判断坐标系精度。


        IP属地:广东5楼2022-10-04 10:23
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          先在瓶侧画一辅助线,帮助确定坐标原点的定位。然后输入长方体的参数,并根据半个瓶盖的形象(对位中间突出点),找出轴测图的XY平面及Z轴,初步定出坐标轴夹角。
          由于线图拟合形象,涉及的参数众多,且相互关联和牵扯,须设计一个顺序,逐步逼近最终结果。否则参数越调越乱,以致失去信心而放弃。


          IP属地:广东6楼2022-10-05 11:34
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            原点和坐标轴夹角初定后,调节焦长,让瓶身另一侧的图线就位。再将长方体改成半圆柱体,观察上圆周的拟合。最后调整高度,并注意下圆周的拟合,直至整个形象与线图基本无误差。
            查出此时相关参数,直径150,高350,比例为0.428左右。而原物的比例0.42,相差2%,50分之1,精度颇高,所以从照片挖掘物体几何尺寸的方法是可行的。
            关于坐标系中的尺寸,与实物的尺寸有固定的比例关系,必要时可找出来。而照片中的视觉尺寸,因近大远小缘故,只能通过坐标系了解。当同一照片中的两个不同坐标系,其原点不同,所以比例也不同,因此设定出调比参数,能将不同坐标系的名义尺寸统一,使整个模型有标准尺度。


            IP属地:广东7楼2022-10-06 09:52
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              看了半天,只看懂了一半


              来自Android客户端8楼2022-10-06 11:41
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                通过前面的操作可以认识到,线图坐标系并非点线拼出的形状,而是三维模型的外轮廓线。当调整焦长时,瓶高的视觉尺寸也跟着变化,可谓牵一发而动全身。此时模型轮廓框住的照片部分,可看成是模型表面的有机成分。
                在照片形体的数据挖掘中,也包括色彩。因为附在外表面的色素是随几何参数展开的,此颜色集合是难得的基础资料。下图是照片半圆柱体外表面的附色展开及说明。
                传统纸模中,色彩是通过贴图与展开图结合的,这种外源模式比较复杂。而附图展开是内源型的,有着天生自然的优势,并且也可以进行某种改造,使图样局部修改,以满足用户需要。


                IP属地:广东9楼2022-10-07 10:15
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                  小试成功后,进入实战,选取运(特别改写)廿飞机的的几幅照片作数据挖掘。网上查出运(特别改写)廿机身长47m、宽(翼展)45m和高15m的外形尺寸,没有细节。剩下的所需数据,就全凭照片了。三方向相互垂直,后面将它们的平行线,分别称为长向线、宽向线和高向线,以方便描述。
                  所选照片,每张都看中某个特征,达到部分数据的提取,再经借用或合成,最终满足所需。虽然数据可能来自不同的照片,但属于同一个原型,统一了比例后并无区别。
                  对下图的照片原件作整体分析。这是用广角镜头拍摄的,地面朝外下方弯曲。根据前后飞机围观人群颈部等高,判断相机位置离地1.5m左右。观察到两翼基本等长,翼尖距照片下沿也同高,发动机呈正圆状,因此照片几乎是正对飞机拍的。
                  照片两侧变形,不可取整机形象,但中部仍准确。前舱门左侧铰链微凸,其周边曲线反映了舱门的形象。右侧舷梯落地点,在两舱门向地面投影的宽向延长线上,由此可找出该截面机舱的高度。
                  在停机位置上,舱门口应是垂直于地面的。推论其后的机舱底平行于地面,也就是长向趋势。
                  注意到该截面横向的最远点,位于舱门上沿略下,此点曲线的切线是垂直于地面的,属高向线。


                  IP属地:广东12楼2022-10-08 15:36
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                    此飞机为爬升姿势,高向线不一定垂直于照片边缘。利用舱门曲线宽向直径点的切线,能大致找出高向线走向。宽向线和长向线较容易找出。根据前后两(可能是)舷窗,也能划出一条长向平行线,可作为焦长比对基准。这几条辅助线为建坐标系的相关指示,高向线可能不太精确。
                    基本操作步骤如下:找出XY方向线的夹角,并旋转对位。再试着改变它们的边长比,Z轴夹角随之改变,便能将三条轴线方向对准,实现了视角还原。由于此时的XY边长比已定,输入尺寸参数并调整,就会显现曲线形状及大小。经平移对位,可初步使上平面形状拟合照片。进一步输入Z轴参数,粗调长向尺寸。最后调节焦长,让长向的平行线也拟合,又实现了视距还原。再经反复细调,直至满意的与照片目标拟合。


                    IP属地:广东13楼2022-10-09 10:50
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                      上图虽然拟合失败,但可从中找到原因和改进措施。直径稍小而又不能扩大的原因,是因为曲线整体形状,及三个标定点都要满足拟合。原点和高向直径点容易认识到,而舱门上沿稍下的宽向直径点,则常被忽视。上述的制约条件,与当前的参数不可匹配,只能向外找原因了。
                      参考了其它的运廿飞机照片,发现舱门的铰链截面与后截面的直径是不同的,它们之间的机身顶部有斜度。应该取后截面的较大直径,并将坐标系原点后移,才能解决问题。也就是机身同直径截面由此起点,而不是从铰链开始的。看来今后需多参考相关照片,全面了解后才可动手。


                      IP属地:广东14楼2022-10-10 10:33
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                        在修正了对形体特征的认识后,新的线图坐标系拟合很漂亮。主、次平面曲线,及两侧的平行线均无误,标定点也到位。还掌握了与生成图形的参数,大大提高了挖掘照片数据的自信心。因为这一揽子内容是整体的,同时都匹配不可能靠运气,背后支持的是理论与计算的成功。
                        算是好的开端吧,把所需的全部建模数据都找出,不是一件易事,尚得进一步努力,希望能总结一套方法出来。


                        IP属地:广东15楼2022-10-11 11:17
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                          cy


                          IP属地:四川来自Android客户端16楼2022-10-12 10:50
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                            (应该是19楼了!) 线图坐标系需要用20个参数,描绘一个比较规范的简单形体。而照片中起码隐含有数十个此类形体,混杂在一起,彼此交织、遮挡或贯穿。从中清理出自己和旁观者都信服的线图几何体,需要一定的洞察力和组织力。
                            四条辅助线(看出和画出它们也是能力)作起点,分步骤的重构透视线图,让感兴趣的模友能清楚地了解过程,监督每一步的依据和做法是否合适,是某种极好的介绍。人的能力是有限的,每步骤可驾驭的参数约三个左右,如何利用已知内容,运用参数将部分的未知转变为可知,逐渐扩大掌握的范围,需要一定的水平。当能这样连续的接力转换,则成为一种艺术了。
                            根据宽向、高向线的交角,可画出平行于两线的坐标系XY轴。调整这两个方向的边长比,即可转动Z轴,从而使其平行于长向线。此时三轴对齐,坐标系已对准了照片目标的视角,后面的操作将不再做旋转。
                            输入圆周参数,形成曲线形状,就可以比对照片内容。平移坐标系,进行准确对位操作,使主平面开始拟合。因为前面涉及的参数,不包括长向(Z轴的),而主平面不含Z(=0),所以工作比较单纯。


                            IP属地:广东19楼2022-10-13 15:38
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                              调节大小与形状,使高向直径点、宽向直径点及主平面曲线基本拟合。这里曲线与圆柱上侧相切的点,是一个重要的参考部位。然而与下侧相切的曲线却是缺失的,它影响到坐标原点的定位,所以不应该遗漏。考虑到高向直径点至上切点,这段曲线重要性较低,若转移到原点至下切点处,则可提高曲线拟合的质量。调整曲线起画点,虽然还是半圆,但是从一个切点到另一个切点,而且也提高了原点位置的定位准确度。如此这般,主平面的三点一线拟合完成。
                              输入长向参数,使次平面向后伸。调整焦长参数,拟合Z轴的平行线。反复而仔细的进行,最终使次平面的形状也重合,将整个透视圆柱体线图完成。


                              IP属地:广东20楼2022-10-14 11:38
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