基于ASE文件的3D模型成像仿真

趙 陽，謝 敏（1.裝備學(xué)院，101400；2.中國衛(wèi)星海上測控部，214400）

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基于ASE文件的3D模型成像仿真

趙 陽，謝 敏
（1.裝備學(xué)院，101400；2.中國衛(wèi)星海上測控部，214400）

摘要：ASE文件是3DMAX的ASCII輸出文件，以文本信息記錄了3D模型的節(jié)點(diǎn)、邊和面元的信息。本文通過坐標(biāo)變換算法，結(jié)合探測器成像參數(shù)，對(duì)以ASE文件形式存儲(chǔ)的模型進(jìn)行3D重構(gòu)和成像仿真，對(duì)基于文本模式的目標(biāo)建模與成像仿真算法進(jìn)行了探索。

關(guān)鍵詞：ASE；成像仿真；坐標(biāo)變換

1 ASE文件簡介

3DS MAX是Discreet公司開發(fā)的基于PC系統(tǒng)的三維動(dòng)畫渲染和制作軟件，不僅能夠以實(shí)際尺寸對(duì)目標(biāo)的幾何結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行建模，而且可以加入各種材質(zhì)信息，包括材質(zhì)名稱、顏色、紋理等，而且可以對(duì)光照、陰影等場景信息進(jìn)行建模。因而可以利用3DS MAX軟件按照目標(biāo)的真實(shí)尺寸、結(jié)構(gòu)和材質(zhì)信息對(duì)目標(biāo)成像進(jìn)行建模仿。

為了能夠在計(jì)算程序中獲取目標(biāo)的幾何和材質(zhì)信息，我們將3D模型輸出為ASE文件。ASE文件是指3DMAX ASCII Scene Export輸出文件，它以文本的形式保存了3D模型的所有信息。這種格式的文件的優(yōu)點(diǎn)是較易于讀寫和修改，只需一般的文本編輯軟件即可，如寫字板、記事本、Word等。

ASE文件分別對(duì)目標(biāo)三維模型的所有頂點(diǎn)和面元構(gòu)建了索引，頂點(diǎn)索引保存了目標(biāo)模型所有的點(diǎn)的三維坐標(biāo)，面元索引給出了每個(gè)面元由哪些頂點(diǎn)組成，并給出了面元在目標(biāo)本體坐標(biāo)系下的法向量。

通過對(duì)ASE文件的三維重構(gòu)，可以獲得目標(biāo)的幾何形狀和組成結(jié)構(gòu)，同時(shí)，由于ASE文件各個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)與實(shí)際模型的尺寸相一致，因而模型讀出的尺寸數(shù)據(jù)就代表了目標(biāo)的真實(shí)大小。

ASE文件的缺點(diǎn)是文件數(shù)據(jù)龐大，需較長時(shí)間才能讀入該格式的文件，而且3DMAX軟件導(dǎo)出ASE格式文件的這一過程僅是單向的，即3DMAX也沒有直接導(dǎo)入ASE格式的文件的功能，識(shí)別并支持該格式文件的軟件也較少。所以ASE文件無法恢復(fù)成3D模型，而我們主要對(duì)3D模型在探測器上的成像效果進(jìn)行仿真，因而要對(duì)三維數(shù)據(jù)模型和二維成像效果進(jìn)行等效。

2 基于ASE文件的成像仿真流程

基于AES文件的3D模型成像仿真主要包括坐標(biāo)變換和成像仿真兩個(gè)過程。

1）坐標(biāo)變換

在三維數(shù)據(jù)模型到二維成像仿真的等效過程中，首先要進(jìn)行的是坐標(biāo)變換工作，將所有的坐標(biāo)統(tǒng)一到相機(jī)坐標(biāo)系上來。其主要過程包括：

①三維模型坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的變換

由于ASE文件中的頂點(diǎn)都是以三維模型自身坐標(biāo)系中的坐標(biāo)表示的，所以必須計(jì)算出這些頂點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，才能夠?qū)⒛Ｐ透鱾€(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)與相機(jī)坐標(biāo)在世界坐標(biāo)系中統(tǒng)一出來，獲得模型各個(gè)面元與相機(jī)和太陽的相對(duì)位置。

②世界坐標(biāo)系到相機(jī)坐標(biāo)系的變換

光學(xué)探測器的成像過程如圖1所示，其本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)在圖像平面上對(duì)目標(biāo)的投影，可以用世界坐標(biāo)系、相機(jī)坐標(biāo)系和圖像（物理、像素）坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換來描述。

圖1 光學(xué)相機(jī)成像模型

四個(gè)坐標(biāo)系如圖2所示。

2）數(shù)據(jù)模型的二維成像仿真

對(duì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行二維成像仿真除了數(shù)據(jù)模型以外，還要考慮太陽位置、探測器位置和參數(shù)等，其主要流程如下：

①輸入ASE數(shù)據(jù)模型以及太陽、目標(biāo)、探測器的位置參數(shù)。

②在面元坐標(biāo)系上利用幾何光學(xué)原理判斷面元是否可見，即入射角度和出射角度均小于90°的面元可見，并將可見面元存入條件可見面元及節(jié)點(diǎn)計(jì)算參數(shù)庫。

③由于條件可見面元可能由于互相遮擋而造成一部分面元不可見，因而要對(duì)條件可見面元進(jìn)行消隱處理，去除被前面面元所遮擋的面元。

④ 對(duì)可見面元進(jìn)行成像計(jì)算，結(jié)合相機(jī)動(dòng)態(tài)范圍，繪制目標(biāo)成像效果。

圖2 坐標(biāo)系相對(duì)關(guān)系

3 結(jié)束語

基于本文算法對(duì)全球鷹無人機(jī)進(jìn)行了成像仿真如圖3所示，其中左側(cè)為無人機(jī)的3D建模，右側(cè)為無人機(jī)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行成像仿真的結(jié)果。從仿真圖像與原模型的對(duì)比可以看出，本文算法可以準(zhǔn)確地基于數(shù)據(jù)文件進(jìn)行三維重構(gòu)和成像仿真，有效地解決了3D模型在科學(xué)計(jì)算中解析困難、存儲(chǔ)參數(shù)少的問題。

無人機(jī)數(shù)據(jù)模型的二維成像等效

參考文獻(xiàn)

［1］毛慧，王景濤，3ds mas建?；窘坛?。人民郵電出版社，2014.11。

［2］沈潤泉，何本陽，ASE文件的解析與數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。大慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2008.9。

Imaging simulation of 3D model based on ASE file

Zhao Yang，Xie Min
（1.Equipment Institute 101400；2.China Satellite Maritime Tracking and control department，214400）

Abstract：the ASE file is the ASCII output file of 3DMAX， which records the information of nodes，edges and faces of the 3D model in the text information.In this paper，through coordinate transformation algorithm，combined with detector imaging parameters，3D reconstruction and imaging simulation to ASE files stored in the form of the model，and exploring based on text mode of target modeling and imaging simulation algorithm.

Keywords：ASE imaging simulation coordinate transformation