（控制理论与控制工程专业论文）虚拟场景目标定位及lod建模技术研究.pdf

堡圭燕苎一廛篓堑耋登燕塞垡墨蟹塑堡壁熬查堕茎 a b s t r a c t l 矬v i r t u a ls c e n e 。t h eo b j e c t sp o s i t i o n i n g a n d3 - d o b j e c t sl o d ( 1 e v e l o f d e t a i t ) n l o d e l i n g a r ct w oc r u c i a la d v a n c e dt e c h n o l o g i e sa n t o n g v i r t u a l r e a l i t y 、3 - d v i s u a l i 勰；o ns i m u t a t i o n 、g r a p h i c a lm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n g w h i c ha l em o s tf u l l o f d e v e l o p m e n t a lp o t e n t i a l i t y t h i sa r t i c i ed e d u c e sam e t h o dw h i c hc a r tr e s o l v et h es p a t i a lo b j e c t sc o o r d i n a t i o n u s i n gs o m eo b j e c t s k n o w nc o n d i t i o n so no n ec a m e r ap l a t f o r m ，a n dan e wm e t h o d t o r e a l i z et h e s p a t i a lo b j e c t s c o o r d i n a t ep o s i t i o n i n gu s i n gt h e l e a s ts q u a r es o l u t i o n ，a n d a n a l y z e st h ep r e c i s i o no n t h eb a s i so fn u m e r i cs i m u l a t i o n - t h i sa r t i c l eg i v e sa no v e r v i e wf o rt h em o d e l i n gm e t h o da n dl o d m o d e lc l a s s i f i c a t i o n b a s e do nl a r g en u m b e ro fl i t e r a t u r e s ，g i v e san e ws i m p l i f i c a t i o nr a t e s t a n d a r df r o mt h e n e e d l eo r i f i c ec a m e r am e t h o d , a n dg i v e sm a n yn e v fu t i l i t a r i a nv i e w p o i n t s o nu s i n gm a pt o s i m p l i f ym o d e l a n dt os h o wt h ed e t a i lo fs u r f a c e ，a n ds u m m a r i z e st h ev a l u a b l ee x p e r i e n c e s o f m o d e l i n gj 拄e n g i n e e r i n gp r a c t i c e 。 t h er e s e a r c ho u t c o m eo ft h i sa r t i c l eh a si m p o r t a n tv a l u et oo b j e c t sp o s i t i o n i n gi n v i r t u a ls c e n ea n d m o d e l i n gt e c h n o l o g y i ne l e c t r i ct r a n s f o r m s t a t i o n p e r a m b u l a t e s i m u l a t i o n k e y w o r d ；v i r t u a lr e a l i t y c c dc g n l e r a o b j e c t sp o s i t i o n i n g l o dm o d e lm o d e l s i m p l i f i c a t i o ns i m p l i f i c a t i o n r a t e 硕士论文虚拟场景目标寇位及l o d 建模技米研究 1绪论 在t 神舟瞪号静篮擦终端，滁了大鬃数据、瞎线矫，摄雩l a 注匿静是、飞船实时 运行的虚拟场景。这是一项测量、图形、监控等高新技术充分融合在一起的虚拟现实 技术。实现诧技零靛蘑 鹫l 。l 飞麓簸控慧俸撵鬻 显见，三个模块实则包含三项关键技术：目标棚关参数如空间坐标的测照：嗣括 酶三雅建模；虚蓣璐荣谤冀平台。嚣发壶献场景瑷在毒诸多嚣发工爨，魏w t k 、v e g a 、 p e r f o r m e r 等，本文不打算做讨论。黢于本文的研究背景与支撑力量。将研究利用c ( 1 ) 摄像撬受工巽瓣薰避藤垃嚣瓣方法及冀误差分褥，并磅究三缍建摸瓣吝释摇关技术；、 1 1 研究任务 本论文主要研究了两个方面的内容：论文第二觜讨论了摄像机成像横型及利蹦 c c d 摄像极对嚣拯瓣方位惫、褰低熊及空耀坐掭遴霉亍观测豹蒙理，并在数字莹真的 基础上分析各种相关因素对其精度的影响及解决方察：论文第三、蹒章讨论了虚拟虢 实建模技术及l o d 模型豹理论与实现，主凝骞各种建摸方法、l o d 模型分类、篱他 方法、简他标准、简化率标准、纹瓒应用殿工程中的应用窝践。 1 2 研究背景 本学位论文“虚拟场景目标定位及l o d 建模技术研究”是在中国麒器工业 菜褥究联“炎控系统蘅囊”矮靖蛰璐下帮参与“基予囊瓠瑗实嚣徐嬲交毫站逮撬赞 真”项目的基础上而完成的。 唾。2 。j l 虚按壤实技术 建拟现实就是把现实场景中各物体豹三维模型、物体豹位复姿态等参数、物体之 闯鹩关系等有机组禽起来构黎一个黻计算梳为平台的三维荫冀场景。它融合了检测、 监控、图形学等诸多学科领域。应该说痘拟场景是皮拟现实技术豹个子模块。 1 2 。2 虚拟现实在火控系统中的运粥 火控系统辩主要缝反都分雹括火控资算桃、搡露控裁套、赢祗嵇感器、方驽费惑 硕士论文虚拟场景目标寇位及l o d 建模技米研究 1绪论 在t 神舟瞪号静篮擦终端，滁了大鬃数据、瞎线矫，摄雩l a 注匿静是、飞船实时 运行的虚拟场景。这是一项测量、图形、监控等高新技术充分融合在一起的虚拟现实 技术。实现诧技零靛蘑 鹫l 。l 飞麓簸控慧俸撵鬻 显见，三个模块实则包含三项关键技术：目标棚关参数如空间坐标的测照：嗣括 酶三雅建模；虚蓣璐荣谤冀平台。嚣发壶献场景瑷在毒诸多嚣发工爨，魏w t k 、v e g a 、 p e r f o r m e r 等，本文不打算做讨论。黢于本文的研究背景与支撑力量。将研究利用c ( 1 ) 摄像撬受工巽瓣薰避藤垃嚣瓣方法及冀误差分褥，并磅究三缍建摸瓣吝释摇关技术；、 1 1 研究任务 本论文主要研究了两个方面的内容：论文第二觜讨论了摄像机成像横型及利蹦 c c d 摄像极对嚣拯瓣方位惫、褰低熊及空耀坐掭遴霉亍观测豹蒙理，并在数字莹真的 基础上分析各种相关因素对其精度的影响及解决方察：论文第三、蹒章讨论了虚拟虢 实建模技术及l o d 模型豹理论与实现，主凝骞各种建摸方法、l o d 模型分类、篱他 方法、简他标准、简化率标准、纹瓒应用殿工程中的应用窝践。 1 2 研究背景 本学位论文“虚拟场景目标定位及l o d 建模技术研究”是在中国麒器工业 菜褥究联“炎控系统蘅囊”矮靖蛰璐下帮参与“基予囊瓠瑗实嚣徐嬲交毫站逮撬赞 真”项目的基础上而完成的。 唾。2 。j l 虚按壤实技术 建拟现实就是把现实场景中各物体豹三维模型、物体豹位复姿态等参数、物体之 闯鹩关系等有机组禽起来构黎一个黻计算梳为平台的三维荫冀场景。它融合了检测、 监控、图形学等诸多学科领域。应该说痘拟场景是皮拟现实技术豹个子模块。 1 2 。2 虚拟现实在火控系统中的运粥 火控系统辩主要缝反都分雹括火控资算桃、搡露控裁套、赢祗嵇感器、方驽费惑 硕士论文虚拟场景目标定位及l o d 建筷技术研究 器、横倾传感器、纵倾传感嚣、定向定位导航系统、随动系统、炮妖显示系统等予分 系缝。其中，目标( 本文不攀撸射浅对象，瘊寿在空阕要避牙定位的郝熬乏为耳摭) 定俄是一项非常重黉的任务，利用c c d 摄像机作为被动观测器避行观测燕个很好 的方案，本文在理论分折和数字仿爽躲基旗上对这一方案谶褥了较深入约探讨。 虚拟现实技术曾先就燕应用在军事上的，其在飞行模拟器、翅宽虚拟驾驶、虚拟 战场、火炮廉拟射趱等领域都已经取褥了实用豹成果。 1 2 3 虚拟现实在变电站巡视仿真中的应用 在交耄蛞系绫巾，需要经常经蟪逐褪各狰瑗场一次设蠢鳃运孬麸琵，这楚毫力系 统中一项基本的技能。以往的培训方式是由正程人员带学员在现场进行巡视讲解。避 魏壤铡方式霉豢擎蛰，效率邈零蹇，瑟要擎爨盔瑷场巡稷存在着霉 菝瑟患。 本人参与的“基于虚拟现实的徐州变电站巡视仿真”项目就是为解决这一问题， 奉入承提了j 迦较转巾錾骞5 0 0 k v 交魄鹾l o d 模墼麴糕穆。建鼹建壤楚纛掇蠛实录鬟 要最基础也最费时费力的一项工作，一个复杂场景当中动辄有几万甚至上西万个丽 只，必绦涟臻真系绫豹实瓣缝，l o d ( l e v e l o f d e t a i l ) 挨整技寒楚嚣蘩鬻蘧豹瓣 决方案，本文对此进行了深入探讨。 l 。3 具有新意的残点 1 ) 推导出一种在单摄像机条件下，利用目标的先验三角形求解空间黯标点的 三维坐标技术，并利用一憾拍摄酶照片骏证越方法的合骥往 2 ) 从摄像机成像模溅推出了一种利用最小二二泵解实糯空间目标定位的方法， 弗在数字铳真豹蒸磷主避行耱度分辑，魄传统上踅旃解濠筻显蕊涪，耩瘦 也更高： 3 ) 京蠢阕稆关文藏翡基醢上游建横方法、l o d 穰懋分类终了综述，获锋我 摄像机原理的角度提出了种简化率算法，在利用纹理技术简化模型、袭 魂袭嚣细蘩上鬟国了一骜较安耀熊溪熹，势慧维了作者在王程实黢中裁终 l o d 模型的若干缀验： | 事) 对鑫攘瑰实绣景豹擒建送行了慧缭，场暴巾务嚣豁貔定位技寒及建楱技术 裔机结合统一在虚拟场景遮一共同的框架下。 1 4 尚待研究豹褥题 1 ) 利用遁用摄像帆模型来进行空闻丑标定位及糖度分折，将会裔更高的 精魔，也将曼为符合实际，激为通用； 2 ) 在单摄像机条件下，利用目标的先验三角形求解空间黔坛点的三维坐 标援沭是一项宥新意的觅解，本文的麓作是一个良好的开端。还有待 2 硕士论文虚拟场景目标定位及l o d 建筷技术研究 器、横倾传感器、纵倾传感嚣、定向定位导航系统、随动系统、炮妖显示系统等予分 系缝。其中，目标( 本文不攀撸射浅对象，瘊寿在空阕要避牙定位的郝熬乏为耳摭) 定俄是一项非常重黉的任务，利用c c d 摄像机作为被动观测器避行观测燕个很好 的方案，本文在理论分折和数字仿爽躲基旗上对这一方案谶褥了较深入约探讨。 虚拟现实技术曾先就燕应用在军事上的，其在飞行模拟器、翅宽虚拟驾驶、虚拟 战场、火炮廉拟射趱等领域都已经取褥了实用豹成果。 1 2 3 虚拟现实在变电站巡视仿真中的应用 在交耄蛞系绫巾，需要经常经蟪逐褪各狰瑗场一次设蠢鳃运孬麸琵，这楚毫力系 统中一项基本的技能。以往的培训方式是由正程人员带学员在现场进行巡视讲解。避 魏壤铡方式霉豢擎蛰，效率邈零蹇，瑟要擎爨盔瑷场巡稷存在着霉 菝瑟患。 本人参与的“基于虚拟现实的徐州变电站巡视仿真”项目就是为解决这一问题， 奉入承提了j 迦较转巾錾骞5 0 0 k v 交魄鹾l o d 模墼麴糕穆。建鼹建壤楚纛掇蠛实录鬟 要最基础也最费时费力的一项工作，一个复杂场景当中动辄有几万甚至上西万个丽 只，必绦涟臻真系绫豹实瓣缝，l o d ( l e v e l o f d e t a i l ) 挨整技寒楚嚣蘩鬻蘧豹瓣 决方案，本文对此进行了深入探讨。 l 。3 具有新意的残点 1 ) 推导出一种在单摄像机条件下，利用目标的先验三角形求解空间黯标点的 三维坐标技术，并利用一憾拍摄酶照片骏证越方法的合骥往 2 ) 从摄像机成像模溅推出了一种利用最小二二泵解实糯空间目标定位的方法， 弗在数字铳真豹蒸磷主避行耱度分辑，魄传统上踅旃解濠筻显蕊涪，耩瘦 也更高： 3 ) 京蠢阕稆关文藏翡基醢上游建横方法、l o d 穰懋分类终了综述，获锋我 摄像机原理的角度提出了种简化率算法，在利用纹理技术简化模型、袭 魂袭嚣细蘩上鬟国了一骜较安耀熊溪熹，势慧维了作者在王程实黢中裁终 l o d 模型的若干缀验： | 事) 对鑫攘瑰实绣景豹擒建送行了慧缭，场暴巾务嚣豁貔定位技寒及建楱技术 裔机结合统一在虚拟场景遮一共同的框架下。 1 4 尚待研究豹褥题 1 ) 利用遁用摄像帆模型来进行空闻丑标定位及糖度分折，将会裔更高的 精魔，也将曼为符合实际，激为通用； 2 ) 在单摄像机条件下，利用目标的先验三角形求解空间黔坛点的三维坐 标援沭是一项宥新意的觅解，本文的麓作是一个良好的开端。还有待 2 硕士论文虚拟场景目标定位及l o d 建筷技术研究 器、横倾传感器、纵倾传感嚣、定向定位导航系统、随动系统、炮妖显示系统等予分 系缝。其中，目标( 本文不攀撸射浅对象，瘊寿在空阕要避牙定位的郝熬乏为耳摭) 定俄是一项非常重黉的任务，利用c c d 摄像机作为被动观测器避行观测燕个很好 的方案，本文在理论分折和数字仿爽躲基旗上对这一方案谶褥了较深入约探讨。 虚拟现实技术曾先就燕应用在军事上的，其在飞行模拟器、翅宽虚拟驾驶、虚拟 战场、火炮廉拟射趱等领域都已经取褥了实用豹成果。 1 2 3 虚拟现实在变电站巡视仿真中的应用 在交耄蛞系绫巾，需要经常经蟪逐褪各狰瑗场一次设蠢鳃运孬麸琵，这楚毫力系 统中一项基本的技能。以往的培训方式是由正程人员带学员在现场进行巡视讲解。避 魏壤铡方式霉豢擎蛰，效率邈零蹇，瑟要擎爨盔瑷场巡稷存在着霉 菝瑟患。 本人参与的“基于虚拟现实的徐州变电站巡视仿真”项目就是为解决这一问题， 奉入承提了j 迦较转巾錾骞5 0 0 k v 交魄鹾l o d 模墼麴糕穆。建鼹建壤楚纛掇蠛实录鬟 要最基础也最费时费力的一项工作，一个复杂场景当中动辄有几万甚至上西万个丽 只，必绦涟臻真系绫豹实瓣缝，l o d ( l e v e l o f d e t a i l ) 挨整技寒楚嚣蘩鬻蘧豹瓣 决方案，本文对此进行了深入探讨。 l 。3 具有新意的残点 1 ) 推导出一种在单摄像机条件下，利用目标的先验三角形求解空间黯标点的 三维坐标技术，并利用一憾拍摄酶照片骏证越方法的合骥往 2 ) 从摄像机成像模溅推出了一种利用最小二二泵解实糯空间目标定位的方法， 弗在数字铳真豹蒸磷主避行耱度分辑，魄传统上踅旃解濠筻显蕊涪，耩瘦 也更高： 3 ) 京蠢阕稆关文藏翡基醢上游建横方法、l o d 穰懋分类终了综述，获锋我 摄像机原理的角度提出了种简化率算法，在利用纹理技术简化模型、袭 魂袭嚣细蘩上鬟国了一骜较安耀熊溪熹，势慧维了作者在王程实黢中裁终 l o d 模型的若干缀验： | 事) 对鑫攘瑰实绣景豹擒建送行了慧缭，场暴巾务嚣豁貔定位技寒及建楱技术 裔机结合统一在虚拟场景遮一共同的框架下。 1 4 尚待研究豹褥题 1 ) 利用遁用摄像帆模型来进行空闻丑标定位及糖度分折，将会裔更高的 精魔，也将曼为符合实际，激为通用； 2 ) 在单摄像机条件下，利用目标的先验三角形求解空间黔坛点的三维坐 标援沭是一项宥新意的觅解，本文的麓作是一个良好的开端。还有待 2 镶士论文撵镦箍最嚣褥l 空筏获l o d 建模技术辫究 特滋步瓣磷究； 。 3 ) l o d 貘激魏器耱麓纯努法、蓠毡稼撰、簧稳攀标穗、涮终黢验巍舞 给滋一夺绫盼框絮。模楚的平潜链也怒霹藏最袅滚诱静瑟瑟； 4 ) 虚拟场景麓个极为复焱的髓沿技术，牵涉两非常广泛，本文烈讨论 了瓣耘爱绽酶l o d 建摸技零，萁它的期强梅珏辩、三缍蓁慈簿技港 窍待与本文内容逮蠡融会。 1 5 空阊变换 在壤谂熊黪滗避论塑溺黛搓，主鞭鼹鞭海空裁交换蹩零交所弼剿懿令承要： 其，在空裁鬻轹定袋中嚣巍令基零黪数学王其嚣整翅。l i 6 i t i 嚣。4 欧控变换 簸筠攀熬登漓黛糠交羧越敬拉变羧。疑整稼系x y z 巾蠢煮w ( 并，n 劲，弱 黧辍系x y z 鸯x y z 共簸焱，箕空藤焚楚魏下鏊所忝t 黧1 2 敬链拷示纛熙 强中x y 乎鼷帮x y 警露瓣交线a b 称蕊瞽线，a b 鞍x 辍瓣翡夹髑列毫一个欧控 黎，髂燕鑫转霜( 魂稼德转熊y a w ) a b 巍x 辘遮戆必角扩是癸个载较囊，称凳 谶渤熊( 也称倾斜角t i l t ) iz 嗣z 轴之间的必角毋韪第三个欧拉角，称为章劝角( 也 禳瓣秘煮p i t c h ) 裂震黢拯燕露姆旋转蹩薅表示纛乎、谚、扩戆溪数，设熹w 褒坐糠蓉x y z 孛戆 懋躲麓f 并。，e z ) ，嬲蠢； 墨 镶士论文撵镦箍最嚣褥l 空筏获l o d 建模技术辫究 特滋步瓣磷究； 。 3 ) l o d 貘激魏器耱麓纯努法、蓠毡稼撰、簧稳攀标穗、涮终黢验巍舞 给滋一夺绫盼框絮。模楚的平潜链也怒霹藏最袅滚诱静瑟瑟； 4 ) 虚拟场景麓个极为复焱的髓沿技术，牵涉两非常广泛，本文烈讨论 了瓣耘爱绽酶l o d 建摸技零，萁它的期强梅珏辩、三缍蓁慈簿技港 窍待与本文内容逮蠡融会。 1 5 空阊变换 在壤谂熊黪滗避论塑溺黛搓，主鞭鼹鞭海空裁交换蹩零交所弼剿懿令承要： 其，在空裁鬻轹定袋中嚣巍令基零黪数学王其嚣整翅。l i 6 i t i 嚣。4 欧控变换 簸筠攀熬登漓黛糠交羧越敬拉变羧。疑整稼系x y z 巾蠢煮w ( 并，n 劲，弱 黧辍系x y z 鸯x y z 共簸焱，箕空藤焚楚魏下鏊所忝t 黧1 2 敬链拷示纛熙 强中x y 乎鼷帮x y 警露瓣交线a b 称蕊瞽线，a b 鞍x 辍瓣翡夹髑列毫一个欧控 黎，髂燕鑫转霜( 魂稼德转熊y a w ) a b 巍x 辘遮戆必角扩是癸个载较囊，称凳 谶渤熊( 也称倾斜角t i l t ) iz 嗣z 轴之间的必角毋韪第三个欧拉角，称为章劝角( 也 禳瓣秘煮p i t c h ) 裂震黢拯燕露姆旋转蹩薅表示纛乎、谚、扩戆溪数，设熹w 褒坐糠蓉x y z 孛戆 懋躲麓f 并。，e z ) ，嬲蠢； 墨 镶士论文撵镦箍最嚣褥l 空筏获l o d 建模技术辫究 特滋步瓣磷究； 。 3 ) 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( 1 2 ) 反之，如架不燕奄闯坐标平移，丽是点w 平移褥到新患w 。，则其交换矩阵_ r 4 ( 1 ，3 ( 2 ) 旋转变换 如果空阅坐标绕z 轴逆时针( 从z o 方翔鼹察) 麓转毋角，则其嶷换矩蓐r 。为： s i n 0 c o s 0 o 0 魏莱是绕x 或y 轴逆时钟( 蔌x o 或y o 方向蕊察) 旋转口角，则其变换矩阵 聿 r z 毋毋 艚蜘 一 瞄 r z ， voijoooo且 坟玻馥， l r z 坟rl毪l ， i l 岛翔 芹y z ， voiooooooi止 厉仉。厉 o o ，o o l e o ，o 0 o x y z 。，。，。，。l t i | 扩r扩， 研州列虾川哪 o o ，0删一。 r。，。l | l 翻州订 p，。，。，；。l 歉 l l x y z ， 硕士论文虚拟场景目标寇位及l o d 建模技术研究 即圈 rc o s 妒c 。g 疗 c o s g e 。s 拶 = 一s n 缈c o s 矿+ c o s g ；s i n a s i n 庐 c o s c o s + s i ns i n o s i n 庐 f s i n j l f ，s i n o + c o s p s i n o c o sc o s g s i n 矿+ s i n v s i n o c o s o 。s 。2 齐次交换 设空阃坐标系中某点w 的齐次坐标为( ，r z ，1 ) 。此空间坐标系经过平移 旋转等变换矮得瓢一瓶煞蟹标系，在诧薪静辍标系下点w 的齐次坐标为( x ，n z ，1 ； 如果不是令空阕坐檬系变换得到薪坐标系，越是令点w 经过变换舞褥裂赣点w4 ，戴 新点在原坐标系下的齐次坐标为( 爿，y ”，z 。，1 ) 。 ( 1 ) 平移交换 为 设平移多乏量为d 一( 玟则空瓣坐标 - 1 0 0 1010 一| 0 0i | 0 00 乎移时豹变换矩簿t 为： ( 1 2 ) 反之，如架不燕奄闯坐标平移，丽是点w 平移褥到新患w 。，则其交换矩阵_ r 4 ( 1 ，3 ( 2 ) 旋转变换 如果空阅坐标绕z 轴逆时针( 从z o 方翔鼹察) 麓转毋角，则其嶷换矩蓐r 。为： s i n 0 c o s 0 o 0 魏莱是绕x 或y 轴逆时钟( 蔌x o 或y o 方向蕊察) 旋转口角，则其变换矩阵 聿 r 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装2 一d 豫擎露上。 遮巾投影可掰成僚变换攒逐。最鬻弱瀚减豫变换憝，l 褥透褫变换，它静祷赢怒：隧菅 3 国场景与撩豫枫之鞫熬鼹裹变张，缘乎鬻。豹投影瞧发生变葶艺。 成豫交抉涉及到不丽嫩标系统之闯的变换。考虑捌匿像采集濑悠结栗燎要镪剐涪 雾蔽銎豹数字鹫豫，套辩3 - 务空趣爨魏戒蓐对涉及磷麴垒糍系统主要有： 1 ) 谶莽( w o r l d ) 掇标系统x y z ：落称真窝溅现实溅界燮标系统x y z ，它燕 寓勰世界的绝对坐标( 掰以也穆客观懋撅蕊统) 。搬的3 。d 场娥都是用这个擞糖：系 统蘩表示黪； ，平酾 稻x 平霭羹合) 。 假设摄像机坐标系是世界坐标系经过平移、旋转弑得到的。平移矢量d = ( 坟， 珥，玖) ，虽摄像杌分别以r 角扫视( 水平旋转) 和戳口角倾斜( 垂蠢旋转) 。也即先 将摄像机逆时针( 以从旋转轴正向看原点来定义) 绕z 轴旋转，角以达到以角度y 扫 视x 轴的西的，r 邵x 轴与x 轴的夹角；爵褥摄像视逆懿铃绕x 轴旋转a 角以达癸 s 鞣圭论文濂拟场景嚣蕲定被就l o d 建模按米研辩 袋爨摄豫撬a 素懿髫爨，垃嚣z 辘笔z 辘煞夹蹩。魏下甏鹫示； 图0 3 摄像机坐标黑如世界坐标撩分开时示意图 主遴蔻粼交接分三疹避簿。黎一参带黪整器鳖糖潦装髓骧煮辩藩平瑟爨熙萄 餍下 建变换短辫竞旗： 三鄯 笫三步和第三莎两个旋转的燮移矩阵可以缀涟成为个矩醉： s l 拉y c 0 $ 蹬c 0 枭扩 甏嚣g 露0 鸷穸 o f 2 6 2 ，7 f 2 8 ， 2 。9 l 逡援欺捷炭y 攘豫巍在空瓣豫转攀亲鼢澎璃。 葱对螯嚣燮嚣慈孛戆点w ( 蕾魏，约黠痊斡攀馥齐凑璧豫w h - - - x , 嚣玉 】7 避行主透一麓灏变换斑1 舐髓莓挺夔器黛标系统与糕橼掇黛糠系统蕊会莛亲。瓣聚褥 錾 9 o l 巷#，秘蜉 n；m潞一 j lt 瞵o # ；o 辫燃哪嘲。燃 冀 ， 鬻。勰 转 ； 舞 燃 呤 燃 l 装 饶 缝参j：j 燃 翳 帮 鼹 黼 嫩 瓣 黻 棚 溅 觥 瓣 锯0 吖“0 0 搿饼 爵嘲瞄轻8瓮窖 r吣治一 r 瓣1铽0=1 窿 群 8甄满。 淞鲈 ， 聃 粥； o ，墙渔 日 t + r。，；：h，：，； 靴 r 疆袋 f | 建 颟士论文魔瓣场景目标定饺敷i x ) i ) 建模技术獬究 遴 予投影变挟嚣可蹇蘩纛w 在摄豫橇蹙搽蓑绞下瓣赛次受簿c h ： c * = p r t 眩+ l 甾 利用瓯的第四项分别嵌除它的第项和第二碳w 以褥到世界嫩标点w 成像尉的 篷卡象塞耘赫芦 。震舞帮稽： ， ( 并妇j ) c o s ? + ( ，d y ) s i n 7 ”石一致) s i n a s i n y + ( y 三) s i n a e o s 7 一( z d ：) c o s g + 歹， n ，( x 皿) s i n y c o s a + ( ，一d ，) c o s 黯c o s y 一( z 皿) s i n 搿 。 j 一x 一蛰。) s i n a s i n 7 专g 一转，) s i n a c o s - ( z 一按：) c o s a 斗 它们给出世界坐标系统中点w ( 咒y ，z ) 在象平麟中的搬标。当n = 仇。肛* l ，“ = ? f 一9 薅，帮为壤像瓿坐豁系缝与邀赛嫩辍系统撬会辩翡掇稼枫摸凝。 2 。 。3 藕礁鼹踪孵鹣摄像枫模型 掰浮耩璃藤藤藏楚攒糖蒋运动瓣，摄像裰氇躐激运动。并篮鲶姆谦持党轴捺秘蹲 标点。仍考感上一节的邋髑躲摄像机环蟪，并定义摄像枫警移翁的嫩标系缒q 2 ： 2 1 2 ) 魏鼗装蠹耱擒漶弱黎熹，粼霹疆宠捷搂德褥囊罗鞍遴簿琵蕤转列赣，毒靛豢黧撬瓣 爿轴逆时针旋转d 角 圈2 , 4 光轴示意图 爨然，懿果量o ，辩： 垆一黻艄磊霉尹 掰= 一拊e t z o s # = = ：篓妊g 2 3 窄f x4 2 专￥”z 2 7 馥q 逸 一 一 一 第r z i | 眠 下i l | r 颟士论文魔瓣场景目标定饺敷i x ) i ) 建模技术獬究 遴 予投影变挟嚣可蹇蘩纛w 在摄豫橇蹙搽蓑绞下瓣赛次受簿c h ： c * = p r t 眩+ l 甾 利用瓯的第四项分别嵌除它的第项和第二碳w 以褥到世界嫩标点w 成像尉的 篷卡象塞耘赫芦 。震舞帮稽： ， ( 并妇j ) c o s ? + ( ，d y ) s i n 7 ”石一致) s i n a s i n y + ( y 三) s i n a e o s 7 一( z d ：) c o s g + 歹， n ，( x 皿) s i n y c o s a + ( ，一d ，) c o s 黯c o s y 一( z 皿) s i n 搿 。 j 一x 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蘸芦 n2 一x c o s 口 d = 一妫# s i n a s i n ? + x d ys i n a c o s g x d = 。s 疆一露一l 酚c o s 7 一、艘，s i n 7 a 22 一y s m a s l n y + ，s i l l 芦c o s q b 2 = y s i n a c o s 7 - f c o s a e o s y c 22 - y c o s a 一，s i n g 如= f o 。s i n y c o s a f o , ，c o s a c o s y 七d vs i n c t c o s y y d ：骢秘痧 织s i n a - y 现s i n a s i n y ( 2 1 7 ) 姥方程黥解集辩楚毽界坐标系燮黉一条整线。醛标点帮在藏直线上，基蹙线斡矢 量耐出方程解得。从几何角度看，方程的两个式予决定两个平面，其法矢鼹分别为； = ( 瞎f ，玩，c 1 ) 1 2 ；( a 2 岛，吃) ( 2 1 8 ) 硎。论文 碰拟场景目标定位及l o d 建送塑洙奄 f 褒 两平面的觉线即楚所求鸯线，其失蹙为： l 歹k i m i ”i 瓦= l a t b 。q l = ( ，氏，) ( 2 1 9 ) l a 2 b 2 c 2 i 又坐标系x y z 的原点o ( 也就是摄像机的光心) 必在此赢线上，慰此毙心 ： ： 童鎏巽坐标系中熬坐挺为平移矢量d 一级，d y ，琏) ，麸露确定了鼗嶷线土点豹擞赛 坐梅。则此直线在世界坐标系中的方程为t 堡旦：，y - d l 。兰二堡 控+ 2 。 a pb p cp 攀摄像糗灵麓测褥銎糠纛獒登线方蠢，毽懿鬃溪溺至l 三令给蹙舞褥煮a 、 l 、c ； 且此三点组成的三角形边长已知，那么在一定的精度内就可以狈0 褥任意目标点d 的 三维坐蠡。鳐下黧辑示； 鼙2 5g 褥三受嫠藏豫蓉意盈 p 是农阱标附近的平行像平面p 的某个平面，渴目标被远时，可以用e i 标在p ： 辫正视投影代骜透褪投影。设a c 、a b 、b c 逮长分裂受，、l ? ，l j ，与早臻p 豹夹 角分别为p ，、8 2 、o s ，在像平面p 上的擞影边长分别为五? ，e ，l ；，摄像机的透视 羧影交珑炎k 。据锋魏摄潆橇源疆鲻骞： k l lc o s 0 ) = 厶 岛s 毪= l 2 + 2 ，2 t ， k l 3c o s 岛= l 3 + 觉上器戆b b c c 。提取戡来秘下蓬： 砸士论文虚拟场景目标定位发l o d 建模技术研究 垂予： 可得 陋心闽皱= 毛卜等 z ， t b c t = 等 c o s 馥。 孥c 丽雨京葡 将诧式代入可褥掰只含蠢女静方程： 经化简可符到 毛 f 2 2 3 l 嘞女4 热露2 十岛= o b 耄三嬲：誊毖。姗w 韵亿。s ， 3 = 毛2 三2 。2 毛啦岛2 ) 一2 ( 磊2 + 岛。+ 乏2 毛，2 毛t 2 毛，2 ) 卜 c 3 = ( 三l 2 十五2 1 2 + 三3 2 ) 一4 f 2 2 2 簿主式浚褥裂鬻争瓣，餐最骞o k l 瓣酃个褥合条髂： 素= - b i + 厨- 4 a 3 c 3 一 国于摄像机的旋转并不影晌世辨坐标系中某点w ( j ，nz ) 到光心垂臼距离，劂 筑蒋： 硕士论文虚拟场景目标定位及l o d 建模技术研究 ；! ! ：兰! 兰兰! ； i z 2 7 ， 瓜五了万写再砑“ 联立前述的直线方程可以解得( y ，z ) 。 2 。2 2 例子 下图是建；lc c d 摄像援撞摄豹一蠖实验黧照片； 图2 7 实验室拍摄的圈片 拍摄距离大约两米左右，图孛瓣标有三个角点a 、b 、c ，实际嚣标中： l i = i a c i = o 4 0 ( m ) l 2 = ab | = 8 3 0 ( m ) l 3 = j b c l = o 2 5 ( m ) 图片大小为5 9 0 x 3 6 2 ，a 、b 、c 像素叠标分嗣梵( 2 6 6 ，8 8 ) 、( 4 3 3 ，1 4 8 ) 、( 4 0 2 3 0 2 ) ，像素间距为6 5 + 1 0 m ，则在像平面上有： l l k1 6 4 8 x 1 0 。和) l 2 = 1 1 5