0 引言

逆向工程（又稱反求工程）是指以實(shí)物為依據(jù)，獲取其點(diǎn)云數(shù)據(jù)并構(gòu)造出三維模型，繼而將這些模型用于產(chǎn)品的分析與制造[1]。作為數(shù)字化建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)，逆向工程隨著數(shù)字化建設(shè)逐步融入我國的各個(gè)行業(yè)并獲得了重要的應(yīng)用價(jià)值。

1 逆向工程

1.1 技術(shù)路線

在逆向工程中，首先需要外業(yè)測量，其主要任務(wù)是測量掃描物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)并拍攝相應(yīng)的紋理照片。其次內(nèi)業(yè)處理，將外業(yè)測量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪、拼接、剪輯。最后，進(jìn)行三維建模并完成模型貼圖，如圖1所示。

圖1 逆向工程流程圖

1.2 存在問題

三維建模后期需要對(duì)模型進(jìn)行紋理貼圖，貼圖的方法較多，各個(gè)方法有不同的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，如何選擇一種適用模型特點(diǎn)并能逼真還原模型的貼圖方法是急需解決的問題。

2 紋理貼圖方法探究

本文以某油田數(shù)字化項(xiàng)目為例，選擇閥門、地面、電動(dòng)機(jī)防護(hù)罩三種比較有特點(diǎn)的模型，探究三種貼圖方法在不同模型上面的貼圖效果、內(nèi)存占用量和操作難易程度。

2.1 UVW展開貼圖

UVW展開貼圖是一種貼圖方法，它能將三維模型展開成為帶有坐標(biāo)信息的二維圖紙，在其各個(gè)位置附上貼圖，即可得到與三維模型一一對(duì)應(yīng)的三維模型貼圖。

2.1.1 閥門

以閥門模型為例，如圖2所示，使用UVW展開貼圖步驟如下：

1）選中閥門模型，選擇修改-UVW展開。

2）打開UV編輯器，調(diào)整貼圖的位置，以便于后期附上紋理圖片，如圖3所示。

3）設(shè)置UV模板的寬度和高度均為512（為了方便比較，所有貼圖方法的貼圖尺寸為512×512），在PS軟件中將其附上相應(yīng)的紋理貼圖，如圖4所示。

4）將圖4處理后的帶有坐標(biāo)信息的紋理圖片附給模型，最終效果圖如圖5所示。

閥門UVW展開貼圖的紋理圖片尺寸為512×512，內(nèi)存占用量為74.4kB。

圖2 閥門模型

圖3 閥門UV展開圖

圖4 紋理貼圖

圖5 閥門UVW展開效果圖

2.1.2 地面

對(duì)地面模型UVW展開貼圖，處理完紋理之后附給地面模型，最終效果圖如圖6所示。地面的紋理圖片尺寸為512×512，內(nèi)存占用量為64.8kB。

圖6 地面UVW展開效果圖

2.1.3 電動(dòng)機(jī)防護(hù)罩

由于電機(jī)防護(hù)罩模型貼圖需要部分透明，能隔著模型看到后邊的物體，所以無法用UVW展開方法進(jìn)行貼圖，因此不對(duì)其貼圖研究。

2.2 多維材質(zhì)貼圖

多維材質(zhì)貼圖是常用的一種貼圖方法，對(duì)于一個(gè)模型，它可以用一個(gè)多維子材質(zhì)來表現(xiàn)多個(gè)材質(zhì)才能表現(xiàn)的效果。

2.2.1 地面

以地面模型為例，多維材質(zhì)貼圖步驟如下：

1）根據(jù)現(xiàn)場地面材質(zhì)分類，按照順序設(shè)置相應(yīng)區(qū)域的材質(zhì)ID編號(hào)，如圖7所示。

2）選擇材質(zhì)一致的區(qū)域，附上紋理圖片，調(diào)整紋理的位置，最后將地面模型轉(zhuǎn)換成可編輯多邊形。

3）重復(fù)步驟2）的操作，直至將所有材質(zhì)全部附給地面，最終多維材質(zhì)球和模型效果圖片如圖8所示。

此地面模型多維制材質(zhì)貼圖一共用到10幅紋理圖片，每一幅圖片尺寸為512×512，內(nèi)存占用量共598.5kB。

圖7 材質(zhì)ID編號(hào)

圖8 地面多維材質(zhì)球和最終效果

2.2.2 閥門

對(duì)閥門多維材質(zhì)貼圖，最終多維材質(zhì)球和模型效果如圖9所示。本次閥門多維材質(zhì)貼圖共用到三幅紋理圖片，每一幅圖片尺寸為512×512，內(nèi)存占用量共176.5kB。

圖9 閥門多維材質(zhì)貼圖效果

2.2.3 電動(dòng)機(jī)防護(hù)罩

由于使用多維材質(zhì)貼圖無法實(shí)現(xiàn)透明效果，因此不對(duì)電動(dòng)機(jī)防護(hù)罩模型多維材質(zhì)貼圖。

2.3 透明貼圖

透明貼圖是一種常用的紋理貼圖方法，它不僅可以還原模型真實(shí)紋理，還能達(dá)到透過模型看到后邊設(shè)備的效果。

2.3.1 電動(dòng)機(jī)防護(hù)罩

以電動(dòng)機(jī)防護(hù)罩為例，透明貼圖步驟如下：

1）處理紋理圖片，根據(jù)拍攝的圖片處理需要顯示的紋理，格式保存為jpg，如圖10所示。

2）處理透明圖片，根據(jù)“黑透白不透”的原則，將需要顯示的部分做成白色，將需要透過的地方做成黑色，格式保存為png，如圖11所示。

3）在材質(zhì)球里邊，先把紋理圖片設(shè)置在漫反射顏色的位圖里邊，再將透明圖片設(shè)置不透明度的位圖里邊，最后將材質(zhì)附給模型，最終材質(zhì)球和效果圖如圖12所示。

此次電動(dòng)機(jī)防護(hù)罩透明貼圖共用兩幅圖片，尺寸均為512×512，內(nèi)存占用量為192.9kB。

圖10 紋理圖片

圖11 透明圖片

圖12 透明貼圖最終效果

2.3.2 其他

由于閥門模型和地面模型不要透明效果，因此不再對(duì)其透明貼圖。

3 結(jié)論

本文介紹了三種常用紋理貼圖方法，并通過各種方法在閥門、地面、電動(dòng)機(jī)防護(hù)罩三種模型上面的對(duì)比應(yīng)用，主要得到以下結(jié)論。

1）UVW展開適合于模型表面復(fù)雜、貼圖坐標(biāo)不規(guī)則、模型較小且需要顯示細(xì)膩的情況，例如閥門等各種設(shè)備、房屋。它不僅可以做出精致的紋理貼圖、逼真

【】【】細(xì)膩的三維效果，還具有較小的內(nèi)存占用空間。但是，在UV編輯的時(shí)候，需要對(duì)重點(diǎn)突出的多邊形放大、拼接、移動(dòng)，對(duì)其他地方簡化處理，這一過程操作復(fù)雜、耗時(shí)較長。

2）多維材質(zhì)貼圖適合于模型較大且需要較多紋理圖片的情況，例如大場景地面模型、墻體模型，它具有較高的細(xì)膩的顯示效果。但是其操作步驟較多，紋理圖片較多，有較大的內(nèi)存占用量。

3）透明貼圖適合于需要透過模型可以看到后邊物體的情況，例如門、窗、電動(dòng)機(jī)防護(hù)罩等。它的顯示效果比較好，很有科技感，但是其操作較復(fù)雜，需要耐心地處理透明圖片，內(nèi)存占用量一般。

參考文獻(xiàn)：

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