三维数据处理软件架构

Posted 2020-12-01 threepark

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三维数据处理软件都包含哪些模块

三维数据处理软件，一般包含三个模块：数据管理和处理，三维渲染，UI。 这与图形学的三个经典问题是相对应的：建模，渲染和交互。与一般常见的数据处理软件，比如图像视频处理，不同的是，这里的数据展示模块需要三维渲染。与之对应的UI操作，也变成了一些三维空间的变换，比如模型的旋转缩放等。

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如何搭建一个简单的三维数据处理软件

那么如何快速的搭建一个三维数据处理软件呢？采用搭积木的方式，每个模块都有很多现成的开发包可以选择。比如UI模块处，一般常见的有MFC，QT，MyGUI（Magic3D使用的UI）等。数据处理算法方面，常见的有BGL，Geometry++，CGAL，OpenMesh，PCL等。渲染模块，可以使用OpenGL或者Direct3D，也可以使用渲染引擎，如OGRE，OSG等。

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如何选择几何算法开发包

几何算法开发包的生命周期，一般分为三个阶段：算法原型验证，开发和维护升级。其中绝大部分时间都在维护和升级。

几何算法开发包的选择，一般有三种：自主开发，外包，使用第三方库。而第三方库又分为开源库和商业库。开发包的选择，考虑的主要是成本开销。算法原型和开发阶段主要是时间成本，如何快速的实现目标功能是最关键的问题。维护升级阶段需要尽量低的成本开销。

算法的维护升级，一般只有代码作者来做，其他人来做的话，一般只能重写。重写的代价是很大的。一方面是时间成本，开发人员的费用开销，另一方面容易引入算法回归。由于这些因素的关系，很少有公司组建团队开发算法。算法升级是很多公司都很头痛的问题。

外包一般仅限于功能实现，维护升级更是无从谈起。

第三方库有大量客户运营经验和教训，可以少踩很多坑，是一个不错的选择。第三方库又分为开源库和商业库。

很多时候，开源的代码只做到了原型阶段，特别是一些学术圈开放出来的代码。做学术论文，代码只需要做到原型阶段就足够了。工程上的代码，还需要进一步的开发，处理工程上各种实际的情况。开源库虽然很多人用，但一般需要专业人员做适配和二次开发，而这部分的内容是最关键的，并且外人是得不到的。问题反馈给开源库，得到的技术支持也非常有限。这个技术支持，很多时候并不是bug修复，而是领域知识的支持。

商业库的主要优势就是有专业的团队来维护和升级这些SDK，并且成本会比个人做得更低。在领域知识方面，商业库也能有很好的支持。

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数字几何处理是什么

数字几何处理，一般是指点云网格数据的处理。和传统的NURBS正向建模的模型相比，数字几何处理的对象一般是三维扫描仪采集的数据，是曲面的离散表达，也就是数字化的。它的研究内容包括数据的获取，存储，表示，编辑，可视化等等。

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OpenGL是什么

OpenGL是一套跨平台的图形绘制API，它通过一系列API把三维模型渲染到2D屏幕上。OpenGL采用了流水线机制，其绘制过程也称为渲染流水线。此外还有OpenGLES，主要用于嵌入式系统，或者移动平台；WebGL主要用于Web浏览器里的图形绘制。

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OpenGL流水线

OpenGL通过一系列API可以设置渲染流水线的状态，所以OpenGL也是一个状态机。三维模型通过一些处理，最终渲染到2D屏幕上：

• 模型离散为三角面片：所有模型都需要离散为三角面片，OpenGL只接受三角面片输入。注意，虽然OpenGL也可以接受四边形，NURBS等输入，其本质最后都是三角面片的绘制。
• Vertex Shader把三维三角片转化到屏幕坐标系下的2D三角片：这个过程包含了变换，裁剪等操作
• 2D三角片的光栅化：2D三角片被离散化，用屏幕坐标系的像素来表示，这也叫光栅化。
• Pixel Shader为光栅化后的模型像素着色。

上面是渲染流水线的大致描述，其中还有很多细节，不同的API也有些细节上的差别。最早的OpenGL是固定的流水线，也就是只能通过API来设置一些流水线中的状态。现代的OpenGL开放出了一些Shader，用户可以自己为Shader写代码，利用Shader可以写出各式各样的渲染效果。

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渲染模块使用OpenGL还是渲染引擎

如果渲染模块不是主要业务，建议使用渲染引擎。因为引擎内有很多现成的工具可以使用，减少开发的时间成本。