輸入設(shè)備是計算機應(yīng)用系統(tǒng)的重要組成部分,將處理對象的信息數(shù)字化,變?yōu)橛嬎銠C能直接處理的信號并輸入計算機,是計算機應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。平面掃描儀只能將平面圖片信息數(shù)字化,攝像機只能拍攝物體某一側(cè)面的信息,而三維掃描儀則克服了這些傳統(tǒng)技術(shù)的局限性,能夠?qū)αⅢw實物進行掃描,解決了將立體彩色世界的信息數(shù)字化并輸入計算機這一瓶頸問題,實現(xiàn)“真實物體捕捉”(RealityCapture),作為一種全新的數(shù)字化輸入設(shè)備,對許多計算機應(yīng)用系統(tǒng)有著重要的意義。
1.影視特技制作----最能發(fā)揮三維掃描技術(shù)作用的是影視特技制作。
隨著計算機圖形圖像技術(shù)的飛速發(fā)展,計算機影視特技技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于影視、廣告業(yè),給人們帶來了全新的視覺感受,實現(xiàn)了過去無法想像的特技效果,已經(jīng)成為高質(zhì)量影視、廣告制作中不可缺少的手段。
要在計算機上對一個對象進行三維動畫特技處理,首先必須獲得其三維彩色數(shù)字化模型。這只有兩個渠道,一是在計算機中構(gòu)造,二是設(shè)法獲得實物的立體彩色模型。對于一些規(guī)則簡單的,或者是完全想像虛構(gòu)的物體,可以由電腦特技師利用三維構(gòu)型軟件構(gòu)造。另一方面,在許多情況下,需要對特定的真實演員形象進行三維特技處理,制作一個真實、復雜物體的三維特技效果,對于這類真實的、復雜的物體,例如人的頭部或藝術(shù)品是很難用構(gòu)型軟件制作出三維模型的。雖然現(xiàn)在的高級三維構(gòu)型軟件提供了自由曲線造型功能,但如要完全利用構(gòu)型軟件制作出一個湯姆·漢克斯的三維彩色模型,恐怕再熟練的電腦特技師都會感到頭痛,正所謂“畫鬼容易畫人難”。如果客戶要求在動畫中加入一個真實的、精美絕倫的工藝品或文物的三維特技效果,即使特技師有耐心試圖一點點地在構(gòu)型軟件中把它“做”出來,最后多半也是吃力不討好。
而有了彩色三維掃描儀后,這些難題就會迎刃而解。它能迅速、方便地將演員、道具、模型等的表面空間和顏色數(shù)據(jù)掃描入計算機中,構(gòu)成與真實物體完全一致的三維彩色模型,其數(shù)據(jù)格式能與通用的三維動畫軟件接口。有了這些數(shù)字化模型,就可以用三維動畫軟件對它們做進一步的特技處理,如旋轉(zhuǎn)、壓縮、拉伸、扭曲等各種變化,完成切割、剪裁、拼接、運動等各種特技處理,或融入特定的場景中,實現(xiàn)高難度的特技效果。而且三維彩色掃描還可以得到物體的表面色彩紋理貼圖,這不僅有利于特技處理,還可以將一個物體的色彩紋理圖貼在另一個物體上,比如將羅納爾多的臉部紋理貼在一個足球上,以達到一些特殊效果。早在前些年看到的一些影片,如《蜘蛛俠系列》、《終結(jié)者系列》、《玩具總動員》、《泰坦尼克3D》、《變形金剛系列》等,其中那些令人震撼、嘆為觀止的三維特技效果,在制作中都借助了三維彩色掃描技術(shù)。在《侏羅紀公園》中,特技人員先雕刻好一個恐龍的模型,然后用三維掃描儀對其掃描,得到恐龍的三維彩色數(shù)字模型,再用三維動畫軟件使其做出各種動作,并完成與背景、人物的合成,最后才形成我們看到的幾可亂真的畫面。其他如《玩具總動員》中的玩偶形象、《JungleBook》中蛇的模型、《DragonHeart》中飛龍的模型、《TheDoors》中的valKilmer、《終結(jié)者Ⅱ》中的LindaHamilton和robertPatrick等,都使用了三維彩色掃描儀進行掃描。----現(xiàn)在美國用三維彩色掃描儀將演員、動物的立體彩色模型輸入三維動畫軟件,形成數(shù)字化的“虛擬演員”,結(jié)合高級的三維動畫技術(shù)和近年來興起的表演動畫技術(shù),賦予“它”不同的表情和動作。給影視特技制作帶來革命性的變化。
2.虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)----在仿真訓練系統(tǒng)、靈境(虛擬現(xiàn)實)、虛擬演播室系統(tǒng)中,也需要大量的三維彩色模型,靠人工構(gòu)造這些模型費時費力,且真實感差。同樣,Internet上炒得正熱的VRML技術(shù)如果沒有足夠的三維彩色模型,也只能是無米之炊,而三維彩色掃描技術(shù)可提供這些系統(tǒng)所需要的大量的、與現(xiàn)實世界完全一致的三維彩色模型數(shù)據(jù)。銷售商可以利用三維彩色掃描儀和VRML技術(shù),將商品的三維彩色模型放在網(wǎng)頁上,使顧客通過網(wǎng)絡(luò)對商品進行直觀的、交互式的瀏覽,實現(xiàn)“HomeShopping”。
3.游戲娛樂業(yè)----游戲娛樂業(yè)總為一些自視清高的技術(shù)人員所不屑,但它始終是計算機產(chǎn)業(yè)的金礦?,F(xiàn)代計算機游戲已經(jīng)進入了三維、互動、虛擬現(xiàn)實階段,三維掃描儀正可以大顯身手。它不僅可以為游戲、娛樂系統(tǒng)提供大量具有極強真實感的三維彩色模型,還可以將游戲者的形象掃描輸入到系統(tǒng)中,達到極佳的“參與感”、“沉浸感”,讓你感受到夢幻般的效果。
4.文物----對于文物,三維彩色掃描技術(shù)能以不損傷物體的手段,獲得文物的外形尺寸和表面色彩、紋理,得到三維彩色拷貝。所記錄的信息完整全面,而不是像照片那樣僅僅是幾個側(cè)面的圖像,且這些信息便于長期保存、復制、再現(xiàn)、傳輸、查閱和交流,使研究者能夠在不直接接觸文物的情況下,甚至千里之外,對其進行直觀的研究,這些都是傳統(tǒng)的照相等手段所無法比擬的。有了這些信息,也給文物復制帶來很大的便利。目前,法國已將這一技術(shù)用于文物工作,美國斯坦福大學利用三維掃描技術(shù)實施“數(shù)字化米開朗基羅”項目,計劃將文藝復興時期的這位意大利著名雕塑家的作品數(shù)字化。歐洲的四家公司、三所大學、兩座博物館聯(lián)合實施Archatour項目,其主要目標是以三維數(shù)字技術(shù)改進考古、旅游領(lǐng)域中的多媒體系統(tǒng),而三維掃描是其中的關(guān)鍵一環(huán)。英國自然歷史博物館利用三維掃描儀對文物進行掃描,將其立體色彩數(shù)字模型送到虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中,建立了虛擬博物館,令參觀者猶如進入了遠古時代。
5.雕塑----雕塑長久以來都是天才藝術(shù)家們的專利,而三維掃描儀與數(shù)控雕刻機、快速成型設(shè)備相結(jié)合,則可能給這些驕傲的天才以沉重的一擊??梢韵胂瘢粋€人擺好姿勢,做出很酷的表情,用一臺三維掃描儀進行幾分鐘的掃描,就能把他身體表面的每個點,包括臉部的每一條皺紋的坐標數(shù)據(jù)測量出來,將數(shù)據(jù)傳送給數(shù)控雕刻機或快速成型機,很快就能制作出逼真的雕像。這樣,在三維掃描儀和數(shù)控雕刻機、快速成型機的幫助下,一個不懂藝術(shù)的人只需敲幾下鍵盤就可以搶走天才藝術(shù)家的飯碗。當然,正如同照相機沒有讓所有畫家都餓去世一樣,雕刻家仍然有用武之地。如果他們善于利用新技術(shù),甚至可以比以前做得更好。雕刻家可以利用三維掃描儀獲取對象的彩色立體模型,然后利用CAD、三維構(gòu)型軟件,充分發(fā)揮他們的藝術(shù)想像力和創(chuàng)造力,對原始模型進行隨心所欲的加工、變形,并直接觀看其效果,滿意后再送給數(shù)控雕刻機,這樣就能給藝術(shù)家的工作提供很大的方便。這一技術(shù)還可用于其他工藝品的設(shè)計和制作。
6.三維傳真----我們通常見到的傳真機都是二維的,在發(fā)送端用平面掃描設(shè)備對平面圖片進行掃描,通過通信設(shè)備將信息發(fā)至接收端,再通過打印設(shè)備將圖像打印出來??梢栽O(shè)想,將發(fā)送端的設(shè)備換成三維掃描儀,對立體實物進行掃描,就可以實現(xiàn)三維傳真,如果接收端配備了快速成型機,還可以直接得到實物模型。斯坦福大學等已對此進行了研究,這類系統(tǒng)可用于分布式制造系統(tǒng)、產(chǎn)品銷售等方面。
7.研究領(lǐng)域----隨著技術(shù)的發(fā)展,圖形圖像科技工作者的研究領(lǐng)域已經(jīng)從平面圖像處理發(fā)展到三維圖形圖像處理,如何獲得三維圖像數(shù)據(jù)是他們首先要解決的問題。三維掃描儀可以為他們提供迅速獲取三維彩色圖像數(shù)據(jù)的手段,為三維彩色圖形圖像處理、三維物體識別、深度圖像理解的研究提供方便。正如現(xiàn)在幾乎每個搞圖像處理的研究室都配備有平面掃描儀一樣,到今天三維掃描儀已經(jīng)成為圖像處理研究機構(gòu)的常用設(shè)備。
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