基于ASE文件的3D模型成像仿真

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

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基于ASE文件的3D模型成像仿真

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

摘要：ASE文件是3DMAX的ASCII輸出文件，以文本信息記錄了3D模型的節點、邊和面元的信息。本文通過坐標變換算法，結合探測器成像參數，對以ASE文件形式存儲的模型進行3D重構和成像仿真，對基于文本模式的目標建模與成像仿真算法進行了探索。

關鍵詞：ASE；成像仿真；坐標變換

1 ASE文件簡介

3DS MAX是Discreet公司開發的基于PC系統的三維動畫渲染和制作軟件，不僅能夠以實際尺寸對目標的幾何結構信息進行建模，而且可以加入各種材質信息，包括材質名稱、顏色、紋理等，而且可以對光照、陰影等場景信息進行建模。因而可以利用3DS MAX軟件按照目標的真實尺寸、結構和材質信息對目標成像進行建模仿。

為了能夠在計算程序中獲取目標的幾何和材質信息，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點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文件分別對目標三維模型的所有頂點和面元構建了索引，頂點索引保存了目標模型所有的點的三維坐標，面元索引給出了每個面元由哪些頂點組成，并給出了面元在目標本體坐標系下的法向量。

通過對ASE文件的三維重構，可以獲得目標的幾何形狀和組成結構，同時，由于ASE文件各個頂點的坐標與實際模型的尺寸相一致，因而模型讀出的尺寸數據就代表了目標的真實大小。

ASE文件的缺點是文件數據龐大，需較長時間才能讀入該格式的文件，而且3DMAX軟件導出ASE格式文件的這一過程僅是單向的，即3DMAX也沒有直接導入ASE格式的文件的功能，識別并支持該格式文件的軟件也較少。所以ASE文件無法恢復成3D模型，而我們主要對3D模型在探測器上的成像效果進行仿真，因而要對三維數據模型和二維成像效果進行等效。

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變換和成像仿真兩個過程。

1）坐標變換

在三維數據模型到二維成像仿真的等效過程中，首先要進行的是坐標變換工作，將所有的坐標統一到相機坐標系上來。其主要過程包括：

①三維模型坐標系到世界坐標系的變換

由于ASE文件中的頂點都是以三維模型自身坐標系中的坐標表示的，所以必須計算出這些頂點在世界坐標系中的坐標，才能夠將模型各個頂點的坐標與相機坐標在世界坐標系中統一出來，獲得模型各個面元與相機和太陽的相對位置。

②世界坐標系到相機坐標系的變換

光學探測器的成像過程如圖1所示，其本質是實現在圖像平面上對目標的投影，可以用世界坐標系、相機坐標系和圖像（物理、像素）坐標系之間的轉換來描述。

圖1 光學相機成像模型

四個坐標系如圖2所示。

2）數據模型的二維成像仿真

對數據模型進行二維成像仿真除了數據模型以外，還要考慮太陽位置、探測器位置和參數等，其主要流程如下：

①輸入ASE數據模型以及太陽、目標、探測器的位置參數。

②在面元坐標系上利用幾何光學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點計算參數庫。

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，因而要對條件可見面元進行消隱處理，去除被前面面元所遮擋的面元。

④ 對可見面元進行成像計算，結合相機動態范圍，繪制目標成像效果。

圖2 坐標系相對關系

3 結束語

基于本文算法對全球鷹無人機進行了成像仿真如圖3所示，其中左側為無人機的3D建模，右側為無人機數據模型進行成像仿真的結果。從仿真圖像與原模型的對比可以看出，本文算法可以準確地基于數據文件進行三維重構和成像仿真，有效地解決了3D模型在科學計算中解析困難、存儲參數少的問題。

無人機數據模型的二維成像等效

參考文獻

［1］毛慧，王景濤，3ds mas建模基本教程。人民郵電出版社，2014.11。

［2］沈潤泉，何本陽，ASE文件的解析與數據格式轉換。大慶師范學院學報，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