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研究生:劉子豪
研究生(外文):Tzu-Hao Liu
論文名稱:逆向工程應用於人臉雕塑系統之研究
論文名稱(外文):A Reverse Engineering System for Face Machining
指導教授:郭真祥郭真祥引用關係
口試委員:邵揮洲陳彥均張瑞益
口試日期:2013-06-25
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:工程科學及海洋工程學研究所
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:58
中文關鍵詞:人臉模型KinectCNC五軸加工機
外文關鍵詞:3D Face modelKinect5-axis machine tool
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本研究係以逆向工程為基礎概念,應用於人臉雕塑系統為目的。逆向工程在CAD / CAM的使用主要對已存在的真實物件進行尺寸量測,於電腦建立虛擬的三維模型,經過重新設計後再製造出來。本研究將此概念應用於人臉雕塑系統,先以Kinect掃描真實人臉建立出電腦模型,再讓使用者以網格變形的方式修改幾何外觀,最後利用大型CNC五軸加工機進行雕塑,建立等比例的人臉實體模型。
研究中主要基於人臉的幾何外形,將人臉建模、人臉變形和CNC加工機的刀具切削路徑規劃整合成一套程式,發展出針對人臉的雕塑系統,整個程序連續且自動化,使用者可以快速雕塑自己的人臉模型。

The purpose of this study is to develop a reverse engineering system and apply it to the face machining. The reverse engineering process in CAD/CAM system involves measuring an existing physical object, reconstructing it as a 3D model, redesigning the model and manufacturing it. We use this process to the face machining.
First, the user uses a RGB-D camera called Kinect to scan a real human face and gets a complete 3D face model. Second, they can redesign the face model by free-form deformation method. Finally, the system will generate the tool-path data for 5-axis machine tool based on NC code format automatically.

口試委員會審定書 #
誌謝 i
中文摘要 ii
ABSTRACT iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 ix
Chapter 1 緒論 1
1.1 研究目的與背景 2
1.2 文獻回顧 3
1.2.1 建立真實物件的電腦模型 3
1.2.2 對模型進行修改設計 4
1.2.3 重新製造 5
1.3 研究架構 6
1.3.1 系統架構 6
1.3.2 論文架構 7
Chapter 2 幾何設計 8
2.1 Kinect硬體介紹 8
2.1.1 Kinect規格 9
2.1.2 深度資料取得 10
2.2 Kinect驅動程式 12
2.3 ReconstructMe SDK 13
2.3.1 空間定義 14
2.3.2 模組定義 15
2.3.3 建模流程 18
2.4 人臉變形 20
2.4.1 變形概念 20
2.4.2 變形原理 20
2.4.3 變形過程 22
Chapter 3 雕塑製造 23
3.1 大型CNC五軸加工機 23
3.1.1 加工機規格 24
3.1.2 刀具定義 24
3.1.3 NC代碼 25
3.2 空間定義 26
3.3 刀具路徑規劃 27
3.4 粗加工 29
3.4.1 刀具移動方式 29
3.4.2 路徑連接 30
3.4.3 刀具位置計算 30
3.5 精加工 31
3.5.1 刀具移動方式 31
3.5.2 路徑連接 32
3.5.3 刀具位置計算 32
3.5.4 路徑自交 35
3.6 碰撞偵測 36
3.7 點分群加速計算法 38
Chapter 4 結果呈現 40
4.1 建模過程 40
4.2 人臉變形 45
4.3 雕塑製造 49
Chapter 5 結論與展望 53
5.1 結論 53
5.2 未來展望 54
REFERENCE 55
附錄 57


[1]V. Blanz and T. Vetter, “A Morphable Model for the Synthesis of 3D Faces”, Computer Graphics Proc. SIGGRAPH 1999, pp. 187-194, 1999.
[2]Oleg Alexander, Mike Rogers, William Lambeth, Jen-Yuan Chiang, Wan-Chun Ma, Chuan-Chang Wang, and Paul Debevec, “The Digital Emily Project: Achieving a Photoreal Digital Actor”, SIGGRAPH CAF 2009.
[3]Richard A. Newcombe, Shahram Izadi, Otmar Hilliges, David Molyneaux, David Kim, Andrew J. Davison, Pushmeet Kohli, Jamie Shotton, Steve Hodges, and Andrew Fitzgibbon, “KinectFusion: Real-Time Dense Surface Mapping and Tracking”, IEEE ISMAR.
[4]林詩婷,使用單一Kinect相機即時建構三維紋理模型,國立中正大學資訊工程研究所碩士論文,民101。
[5]Heindl, C., and Kopf, C. “ReconstructMe. ”, reconstructme.net.
[6]Thomas W. Sederberg, and Scott R. Parry, ”Free-form deformation of solid geometric models”, ACM SIGGRAPH Computer Graphics, Aug. 1986.
[7]Yoshizamwa S, Belyaev A G, and Seidel H P, “A simple approach to interactive free-form shape deformation” Proceedings of Pacific Graphics, 2002, 471-474.
[8]莊振明,STL模型之刀具路徑演算法與應用,國立中正大學機械工程研究所博士論文,民93。
[9]彭輝郎,整合掃瞄點資料曲面模型與NC刀具路徑之逆向工程系統,國立中正大學機械工程研究所碩士論文,民87。
[10]徐振炫,五軸刀具路徑規劃應用於齒輪加工之研究,國立中正大學機械工程研究所碩士論文,民93。
[11]陳文翔,五軸加工規劃之整合研究,國立台灣大學電機工程研究所碩士論文,民88。
[12]林彥昆,利用繪圖硬體加速建立加工曲面,國立中正大學機械工程研究所碩士論文,民96。
[13]洪張傳,點資料分群法於五軸刀具碰撞偵測之應用,國立中央大學機械工程研究所碩士論文,民91。

[14]Kinect for windows 開發。取自
http://msdn.microsoft.com/zh-tw/hh367958
[15]OpenNI。取自
http://www.openni.org/
[16]Make:。取自
http://makezine.jp/blog/2010/12/how-to_modded_camera_looks_at_kinec.html
[17]Wikipedia/OctTree取自
http://en.wikipedia.org/wiki/Octree


QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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