赵 阳，谢 敏（1.装备学院，101400；2.中国卫星海上测控部，214400）



基于ASE文件的3D模型成像仿真

赵 阳，谢 敏
（1.装备学院，101400；2.中国卫星海上测控部，214400）

摘要：ASE文件是3DMAX的ASCII输出文件，以文本信息记录了3D模型的节点、边和面元的信息。本文通过坐标变换算法，结合探测器成像参数，对以ASE文件形式存储的模型进行3D重构和成像仿真，对基于文本模式的目标建模与成像仿真算法进行了探索。

关键词：ASE；成像仿真；坐标变换

1 ASE文件简介

3DS MAX是Discreet公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件，不仅能够以实际尺寸对目标的几何结构信息进行建模，而且可以加入各种材质信息，包括材质名称、颜色、纹理等，而且可以对光照、阴影等场景信息进行建模。因而可以利用3DS MAX软件按照目标的真实尺寸、结构和材质信息对目标成像进行建模仿。

为了能够在计算程序中获取目标的几何和材质信息，我们将3D模型输出为ASE文件。ASE文件是指3DMAX ASCII Scene Export输出文件，它以文本的形式保存了3D模型的所有信息。这种格式的文件的优点是较易于读写和修改，只需一般的文本编辑软件即可，如写字板、记事本、Word等。

ASE文件分别对目标三维模型的所有顶点和面元构建了索引，顶点索引保存了目标模型所有的点的三维坐标，面元索引给出了每个面元由哪些顶点组成，并给出了面元在目标本体坐标系下的法向量。

通过对ASE文件的三维重构，可以获得目标的几何形状和组成结构，同时，由于ASE文件各个顶点的坐标与实际模型的尺寸相一致，因而模型读出的尺寸数据就代表了目标的真实大小。

ASE文件的缺点是文件数据庞大，需较长时间才能读入该格式的文件，而且3DMAX软件导出ASE格式文件的这一过程仅是单向的，即3DMAX也没有直接导入ASE格式的文件的功能，识别并支持该格式文件的软件也较少。所以ASE文件无法恢复成3D模型，而我们主要对3D模型在探测器上的成像效果进行仿真，因而要对三维数据模型和二维成像效果进行等效。

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标变换和成像仿真两个过程。

1）坐标变换

在三维数据模型到二维成像仿真的等效过程中，首先要进行的是坐标变换工作，将所有的坐标统一到相机坐标系上来。其主要过程包括：

①三维模型坐标系到世界坐标系的变换

由于ASE文件中的顶点都是以三维模型自身坐标系中的坐标表示的，所以必须计算出这些顶点在世界坐标系中的坐标，才能够将模型各个顶点的坐标与相机坐标在世界坐标系中统一出来，获得模型各个面元与相机和太阳的相对位置。

②世界坐标系到相机坐标系的变换

光学探测器的成像过程如图1所示，其本质是实现在图像平面上对目标的投影，可以用世界坐标系、相机坐标系和图像（物理、像素）坐标系之间的转换来描述。

图1 光学相机成像模型

四个坐标系如图2所示。

2）数据模型的二维成像仿真

对数据模型进行二维成像仿真除了数据模型以外，还要考虑太阳位置、探测器位置和参数等，其主要流程如下：

①输入ASE数据模型以及太阳、目标、探测器的位置参数。

②在面元坐标系上利用几何光学原理判断面元是否可见，即入射角度和出射角度均小于90°的面元可见，并将可见面元存入条件可见面元及节点计算参数库。

③由于条件可见面元可能由于互相遮挡而造成一部分面元不可见，因而要对条件可见面元进行消隐处理，去除被前面面元所遮挡的面元。

④ 对可见面元进行成像计算，结合相机动态范围，绘制目标成像效果。

图2 坐标系相对关系

3 结束语

基于本文算法对全球鹰无人机进行了成像仿真如图3所示，其中左侧为无人机的3D建模，右侧为无人机数据模型进行成像仿真的结果。从仿真图像与原模型的对比可以看出，本文算法可以准确地基于数据文件进行三维重构和成像仿真，有效地解决了3D模型在科学计算中解析困难、存储参数少的问题。

无人机数据模型的二维成像等效

参考文献

［1］毛慧，王景涛，3ds mas建模基本教程。人民邮电出版社，2014.11。

［2］沈润泉，何本阳，ASE文件的解析与数据格式转换。大庆师范学院学报，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