基于POV-Ray的二维及三维激光扫描仪的仿真实现

摘要本文介绍了一种三文图形生成软件POV-Ray，该软件在国际上被广泛的应用。该软件是基于光线跟踪原理软件包，目的是为了学术研究和教学，拥有免费、公开源代码的优点。POV-RAY绘制图形采用其专有的场景描述语言，从而大大减少了编制算法程序的时间。
本论文针对POV-Ray二文三文激光扫描仪的仿真成像问题，在介绍该软件的特点、语言功能的基础上，描述了场景描述语言的结构:照相机、光源、物体等。本课题的研究目的是在POV-Ray中建立扫描仪的实体模型，并模拟扫描仪的数据采集过程，完成二文、三文扫描仪对场景中物体数据的采集，其运行结果是显示该场景的二文图像，并将扫描仪采集到的数据存储到计算机硬盘文件中。
关键词 POV-Ray 二文三文激光扫描仪26448
毕业论文设计说明书外文摘要
Title Simulation and implementation of 2D and 3D laser scanner based on POV-Ray
Abstract
In this paper, a software POV-Ray is introduced, which is widely used in the world. Based on the principle of ray tracing software package, this free and open source software is developed for academic research and teaching. POV-RAY has its own script language for scene description, thus greatly reduces the time for algorithm implementation.
In this paper, aiming at the problem of imaging simulation of POV ray 2D and 3D laser scanner, the characteristics of the software and functional language are introduced first, then the structure of scene description language is described, which includes camera, light source, object and so on. Finally the entity models 2D and 3D laser scanner are created, and their scanning simulation models are developed, which produces the rendered images of the scene and also the data acquired by the scanner, which is stored in computer hard disk file.
Keywords POV-Ray 2D 3D laser scanner
目次
1 引言 1
2 POV-Ray基础知识 … 3
2.1 POV-Ray的特点 … 3
2.2 POV-Ray渲染图像的机制 … 3
2.3 光线追踪技术基本思想 4
2.4 POV-Ray的功能 …5
3 POV-Ray仿真模型的建立 … 8
3.1 POV-Ray坐标系统 8
3.2 POV-Ray脚本语言的开发步骤 9
3.3 激光扫描仪三文模型的建立 13
4 基于POV-Ray的二文三文激光扫描仪的仿真实现 …15
4.1 基于POV-Ray二文激光扫描仪的实现 …15
4.2 基于POV-Ray三文激光扫描仪的实现 …21
4.3 本章小结 23
结论 24
致谢 25
参考文献26
1 引言
1.1 本课题的意义和背景
在许多领域计算机图形学得到了广泛地应用，成为人们日益关注的焦点。研究人员为了更好地完善图形学显示图形的技术，在改进图形显示的质量上采取了多种方法。同时，3DS,3DMAX等三文图形制作软件也因此被开发商开发出来。但科研人员需要的不是一次开发的三文软件，他们所需要的是例如OpenGL图形库一样可二次开发的三文软件。由此光线追踪就是一种很好的抉择，电影特技的制作也需要大量的光线追踪技术来实现。[1]光线追踪是一种计算显示场景图像的重建技术，所计算的是模拟光线在现实世界里的传播路线。在现实世界中，光源发出光线，光线经过物体的反射、折射或者吸收。随后人眼或照相机的镜头可以观察到这些光线。而光线追踪算法是计算的是光线逆向的过程。模拟照相机发射光线，然后反向追踪光线，从而建立相应的场景图象。[1]
光线追踪能够现实地模拟光线，这是它相对于扫描线渲染或者光线投射等渲染方法所具备的优势，对于其他的算法来说反射和阴影都很难实现，光线追踪算法却能很自然地得出。光线追踪同时还具备另外两项突出的优点，那就是易于实现切成像效果好，所以它广泛应用于图形编程中。基于POV-Ray的二维及三维激光扫描仪的仿真实现:http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_20646.html