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用基于WebGL的BabylonJS来共享你的3D扫描模型

2014 年 2 月 26 日
0 条评论标签:3D扫描 , BabylonJS , Kinect , Kinect
Fusion , WebGL

本文由极客范 - 杰克祥子翻译自 Andy
Beaulieu。欢迎加入极客翻译小组，同我们一道翻译与分享。转载请参见文章末尾处的要求。

在这里，我们将展示如何在支持WebGL的浏览器中用BabylonJS来现实和优化彩色的3D扫描模型。我们会用 Kinect
for Windows来做3D扫描，当然你也可以用任何其它3D扫描仪。

点击下面的图片可以看到一些3D扫描的例子（请用支持WebGL的浏览器），一个猴子和一个果盘。

利用Kinect来做3D扫描已经有了一段时间，而且有一些商业软件，如ReconstructMe和Skanect，都提供了非常简单的使用界面。当然，这些软件也都有它们自己的局限，并且需要付费。

作为一个免费的替代方案，我们会用Kincect Fusion和Blender来创建并优化我们的3D扫描模型。然后，我们会用BabylonJS——一个JavaScript实现的、基于WebGL的3D显示和动画库，将我们的3D扫描共享到网络上。

第一步：准备工具

本文中，我们将会用到以下工具和软件库：

Kinect
for Windows SDK (和Developer Toolkit)

Kinect Fusion需要下载最新的SDK和Developer Toolkit。

Blender

我们用Blender，一个免费开源的3D设计工具，来优化我们的扫描模型以备网络共享使用。

BabylonJS

这是一个用WebGL实现的、用来简化创建3D场景和游戏的JavaScript库。

github地址： https://github.com/BabylonJS/Babylon.js

BabylonJS
/ Blender Export Plug-in

这是一个用来将Blender的3D场景导出成Babylon格式的插件。下载并阅读连接中的安装指示操作，让它可以在Blender中使用。

github地址：https://github.com/BabylonJS/Babylon.js/tree/master/Exporters/Blender

第二步：用Kinect Fusion做3D扫描

首先打开安装Kinect Developer Toolkit时自带的Developer Toolkit Browser，找到Kinect Fusion Explorer – D2D那个例子。

Mesh Format一项选择PLY并且勾选Capture Color：

你还需要设置Reconstruction Volume和Voxel Resolution。对于我的扫描而言，我发现下面的参数是最合适的，但对于你而言可能需要试试其他参数。

扫描的时候你可以在Kinect的视图中旋转被扫描对象，或者绕着它走一圈。这次，我扫描了一个可爱的小猴子玩具。

当你扫描完所有的角度后，点击Create Mesh按钮，保存为PLY格式（颜色信息也会被保存）。

第三步：用Blender优化模型

此时，我们会得到一个很大的模型文件，为了能在浏览器中用BabylonJS来显示它，我们需要进一步优化模型（译者注：因为模型需要下载到浏览器才能通过WebGL来显示，所以更小的模型意味着更快的下载速度和显示速度）。我们还要清理模型并让它更平滑一点，因为3D扫描时总会有些意外的缺陷。所以我们需要Blender。如果你不熟悉Blender，可能第一次用的时候会有些困难，但必须坚持，它是一个有用且有趣的工具！当然，这里将不会包含所有使用Blender的基础技能和细节。

1）在CrowTreeStudios 可以学到如何做顶点颜色烘焙，这个视频演示了这些步骤。

2）打开Blender并按”X“键删除默认的立方体。

3）选择File->Import->Stanford (PLY)

a）打开你在第二步得到的PLY文件

b）这可能会花一会儿时间，因为扫描文件很大！

4）档模型加载完时，可能朝向是不对的，需要自己旋转并放置到中间，就像下图一样：

5）选中模型，然后选择Object->Duplicate Objects来复制一份。接下来，我们将减少顶点的数量，来优化复制的这个模型，并创建一个贴图来保存原始的颜色信息，也就是所谓的顶点烘焙。

重要提示：确保原始模型和复制的模型在完全一致的位置。这对顶点烘焙非常重要！两个模型需要完美的重合在一起。如果你需要调整，可以在Object Properties面板里手动设置位置X、Y、Z的值。

6）接下来，我们开始优化和清理模型，以得到一个更平滑、相对更小的模型文件。

a）隐藏原始的模型，这样你可以集中在复制的模型上。

b）选中复制的模型（Blender会给这个模型的名字后面加上“.001”）。

c）激活Modifies面板，选择Add Modifier。

d）选择Remesh并且设置Octree Depth为6，设置Mode为Smooth。观察模型的形状变化，你可能需要增加或者减少Octree
Depth以取得合适的平滑度和精细度。当你满意时，点击Apply。这将减少顶点的数量并让模型更平滑一点。

7）至此，复制的那份模型应该看上去更加平滑了，而且一些小缺陷也没有了：

a）让原始的模型可见，一起显示出来。

8）给原始的扫描模型添加材质

a）选中原始的模型

b）添加一个新材质

c）在Shading栏下面，选择“Shadeless”

d）在Options下面，勾选“Vertex Color Paint”

9）回到Blender的主视图，在“Viewport Shading”（小的球形图标）中选择“Texture”（这将会显示顶点的颜色数据）

10）现在，我们可以在原始模型上看到扫描的颜色了。下一步，我们将从这些颜色数据中创建一个贴图（也就是所谓的顶点烘焙）。

11）我们现在来为优化过的（复制的那份）模型添加一个材质

a）选中复制的那份模型

b）添加一个新材质

c）在Shading中选择“Shadeless”

12）然后，我们需要展开模型，是创建贴图的准备工作。

a）将Blender的视图切换为两个视图

b）在左侧的视图中，选中“UV/Image Editor”

c）在右侧的视图中，将复制的模型切换到Edit模式

d）选中所有的顶点

e）点击“U”键展开模型并选择“Smart UV Project”

13）创建一个图片来保存贴图。

a）在左侧的Image Editor中，创建一个新图片

b）为图片起个名字，并取消勾选“Alpha”，点击OK。

14）为了做顶点颜色烘焙，我们需要改变Blender默认的颜色管理。

a）选择Blender的Scene面板

b）在Color Management下，将Display Device设置为None。

15）现在我们来讲顶点的颜色数据烘焙到贴图。

a）找到Render面板（那个相机的图标）

b）选中高解析度的（原始的那份）模型

c）按住Shift并点击复制的那份模型（优化过的那份）。在你场景的树状图中，你可以看到原始模型的字体是黑色，复制模型的字体是白色：

16）下拉找到Bake（烘焙）菜单

a）勾选“Selected to active”

b）取消勾选“Clear”

c）点击Bake按钮

17）在左边的视图中，你可以看到顶点颜色都被烘焙到贴图中了：

18）保存贴图到本地文件。

a）在Image Editot菜单中选择Image/Save As Image

19）现在我们将贴图应用到优化过的那个模型上。

a）选中优化过的模型

b）添加一个新贴图

c）设置type=image或者movie

d）打开贴图文件

e）在Mapping栏中将Coordinates设置为UV

f）将Map设置为UVMap

20）现在我们有了贴图和优化过的模型，我们可以从项目中删掉原始模型了。

a）选中原始模型，选择Object->Delete来删除它。

21）将场景导出为Babylon的格式。

a）选择File->Export->Babylon JS（如果你没看到这个选项，那回到第一步，阅读关于插件的那节）

b）将会导出两个文件：一个*.babylon和一个*.png（贴图）文件。

第四步：用BabylonJS导入并显示模型

现在我们有了*.babylon的场景文件和*.png的贴图文件，用BabylonJS我们能很容易的将其导入并显示出来。

1）确定你的网页服务器开启了Babylon Mime Types。在IIS中，你需要在system.webserver中添加下面的一段（在configuration下面）：

XHTML

</staticContent>

2）我们要用到两个从Babylon下载的脚本（将它们放在scripts子目录下）：hand.js和Babylon.js

3）创建一个新HTML文件，加上下面的代码，用来从Blender导出的文件中创建Babylon的场景。

JavaScript

<html>

<head>

<title>Simple
Babylon
Demo</title>

window.onload
=
(function
()
{

var
canvas
=
document.getElementById("canvas");

//
Check that browser supports WebGL

if
(!BABYLON.Engine.isSupported())
{

document.getElementById("notSupported").className
=
"";

document.getElementById("opacityMask").className
=
"";

}
else
{

//
create Babylon Engine

var
engine
=
new
BABYLON.Engine(canvas,
true);

//
create the Scene

var
scene
=
new
BABYLON.Scene(engine);

//
add a light

var
light
=
new
BABYLON.HemisphericLight("Hemi0",
new
BABYLON.Vector3(0,
1,
0),
scene);

//
Add a camera that allows rotating view around a point

var
camera
=
new
BABYLON.ArcRotateCamera("Camera",
0,
0.8,
100,
new
BABYLON.Vector3.Zero(),
scene);

//
load the scene (exported from blender)

BABYLON.SceneLoader.ImportMesh("",
"images/models/",
"monkey.babylon",
scene,
function
(newMeshes,
particleSystems)
{

//
optional - position and size the mesh

var
monkey
=
newMeshes[0];

monkey.scaling.x
=
70;

monkey.scaling.y
=
70;

monkey.scaling.z
=
70;

monkey.position.z
=
-48;

monkey.position.y
=
20;

monkey.position.x
=
0;

//
optional - add in a material and platform

var
platform
=
newMeshes[1];

platform.material
=
new
BABYLON.StandardMaterial("texture1",
scene);

});

scene.activeCamera.attachControl(canvas);

//
register a render loop to render scene

engine.runRenderLoop(function
()
{

scene.render();

});

//
Resize

window.addEventListener("resize",
function
()
{

engine.resize();

});

}

});

</script>

</head>

<body>

<div
id="notSupported"
class="hidden">Your
browser
does
not
support
WebGL</div>

</body>

</html>

结论

再提醒一下，你可以在这里和这里看到整个过程的两个例子。就像你所见，用WebGL来显示模型还需要一点额外的优化工作，但掌握这些我就可以最终控制模型的大小和细节。使用WebGL和BabylonJS，让我们有了无论在IE11、Firefox、Chrome、甚至一些移动平台的浏览器，都可以使用的跨平台的解决方案。

原文链接： Andy
Beaulieu 翻译：极客范- 杰克祥子

译文链接： http://www.geekfan.net/6578/

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