一种基于图片快速三维化交互式建模方法技术

本发明专利技术所公开的一种基于图片快速三维化交互式建模方法，具有以下步骤：利用交互式轮廓提取技术对彩绘图片整体部位进行勾勒并提取外围轮廓线；利用交互式轮廓分割技术将得到的整体部位外围轮廓线进行勾勒并分割出部位与部位之间的轮廓分割线；根据轮廓分割线得到彩绘图片的各个部位的外围轮廓线；根据特征区域分解的二维轮廓线建立三维模型的二维轮廓框架；利用三维自由曲面造型技术对二维轮廓框架生成三维曲面；根据生成的各个彩绘部位的三维曲面模型进行保持特征的纹理映射；根据纹理映射后的各个彩绘部位的三维曲面模型之间进行几何形状的自动拼接及拼接后的纹理修正而得到完整的三维模型。

An interactive modeling method based on fast three-dimensional image

The invention discloses a fast image three-dimensional interactive modeling based method, which comprises the following steps: extracting technology work for painting pictures overall position and extraction of the external contour using the interactive contour; the whole part outlines the outline and split between parts and parts of the contour line using interactive contour segmentation technology according to the various parts; contour lines are painted a picture of the outer contour line; 2D contour framework 3D model according to the characteristics of domain decomposition of 2-D contour; using 3D surface modeling technology of the 2D contour framework to generate 3D surface texture mapping; keep the features according to the three-dimensional surface model of each part of the painting formation; according to the geometric shape of 3D surface models of various parts between the painting after the texture mapping The complete 3D model is obtained by the automatic stitching and the texture correction after the splicing.

【技术实现步骤摘要】
一种基于图片快速三维化交互式建模方法
本专利技术涉及一种三维建模方法，尤其是一种基于图片快速三维化交互式建模方法。
技术介绍
传统的三维建模软件如3dsmax、maya、blender等拥有强大的建模能力，用户能够通过一些基本的几何单元构建出任意复杂的三维模型，也正因如此需要建模师有丰富的三维建模经验以及想象力，通常采用这类软件建一个复杂的几何模型需要数小时至数天不等。另一类是基于草图的三维建模(Sketchbasedmodeling)技术，例如：1)基于多视角的建模基于多视角的建模方法不限定于单一平面上绘制草图，而是采用转动视角的建模方式，用户通过在不同视角绘制轮廓进行三维建模[6,7,8,9]。Igarashi等人[6]于1999年设计的交互式建模系统Teddy是最具有代表性的工作之一。该系统利用手绘轮廓进行自由造型，对于用户输入的闭合平面曲线提取骨架，计算闭合曲线区域内部顶点到骨架的距离，并以此向骨架两侧偏移产生光滑的三维模型。2007年由Nealen等人设计的FiberMesh[9]采用用户输入的三维空间曲线作为约束，使用非线性的优化方法生成光滑的曲面。这类方法具有较高的自由度，然而频繁的视角切换增加了建模的难度，在以单张图片为参照进行三维建模时这种交互方式并不直观，需要使用者具备相当的建模经验。2)基于单视角的建模根据Hoffman等人的研究[10]，通常情况下，人们也更倾向于用二维的曲线来表示该视图下三维模型的轮廓信息。单幅照片或绘画仅能提供单个视角的信息，为了减轻用户的交互程度并提高建模效率，基于单视图的建模方式也具有很强的应用需求。然而绘画中的轮廓曲线不仅包含了三维物体的外部轮廓，同时也包含了丰富的细节特征，直接对其进行三维建模具有一定的困难。并且由于二维轮廓曲线含有一定的歧义性，往往需要对其做一定的假设以构建出具有良好视觉效果且符合一般直觉的三维模型。一种较为普遍的做法是首先根据物体的外部轮廓信息构建近似的三维模型，然后允许用户在此基础上进一步对模型进行编辑。这类方法通常依赖于勾画顺序以及不同的手势来解决歧义性的问题，达到对复杂物体进行建模的目的。Gingold等人[11]基于预定义的表示，交互编辑广义圆柱体(generalizedcylinder)，获得绘画中的复杂物体。Olsen[12]通过勾画物体轮廓，并利用预定义的手势使用户能够构建出不同的几何形状。Shtof等人[13]采用参数化的几何基元拟合二维的轮廓从而达到建模的目的。Chen等人[14]针对管状物体，通过扫掠的方法结合用户不同的提示来对照片中的物体进行建模。这类方法允许用户通过单个视角对图片中的物体进行建模，并且通过额外的用户提示增强了系统建模的能力。Bessmeltsev等人[15]提出了结合三维骨架的卡通角色建模方式。三维骨架不仅涵盖了卡通角色各部分的深度信息，并且用于指导轮廓的分割，最终利用分割的轮廓构建旋转体获得三维模型。采用这种方式能够对具有复杂姿态的卡通角色进行建模。另一类方法通过草图线框的透视原则，提出了有效三维模型重建方法[16]，然而儿童绘画一般不遵循透视原则，因此该类方法并不适用于本文的问题。因此，如何根据单幅图像或绘画，并保证简洁交互的前提下，生成可信的三维模型，是一个具有实际意义的研究问题。以上介绍的交互建模系统虽能自动地生成三维模型，然而三维模型建模过程中用户手动勾勒轮廓时容易发生偏差，使得建模效果较差，还有在建模时需要不断旋转视角，对于具有透视角度的几何体建模复杂或根本无法建模，并且模型上的纹理需由艺术家手动添加，其手动添加的纹理平顺度较差，各个部位的纹理不容易相互平整的拼接，而且，对于具有较大遮挡的部件，现有的系统在重建对应的三维模型及其纹理时因为图像上大量信息缺失导致无法很好的重建对应，导致成形后整体效果相对较差，增加了操作的难度，进一步，影响使用效果和实用性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述技术的不足而设计的一种提高使用效果和实用性能的基于图片快速三维化交互式建模方法。本专利技术所设计的基于图片快速三维化交互式建模方法，其特征在于包括以下步骤：A)利用交互式轮廓提取技术对彩绘图片整体部位进行勾勒并提取图像外围轮廓线得到整体图片的前景和背景；B)利用交互式轮廓分割技术将得到的整体部位外围轮廓线进行勾勒并分割出部位与部位之间的轮廓分割线得到整体图片中图像的前景和背景；C)根据轮廓分割线得到彩绘图片的各个部位的二维轮廓线；D)根据特征区域分解的二维轮廓线建立三维模型的二维轮廓框架；E)利用三维自由曲面造型技术对二维轮廓框架生成三维曲面；F)根据生成的各个彩绘部位的三维曲面模型进行保持特征的纹理映射；G)根据纹理映射后的各个彩绘部位的三维曲面模型之间进行几何形状的自动拼接及拼接后的纹理修正而得到完整的三维模型。进一步，三维自由曲面造型技术包括曲面造型方法和三维建模方法。进一步，所述对彩绘图片中的各个部位进行勾勒轮廓分割线时产生偏移的轮廓分割线，即根据该偏移的轮廓分割线两端与外围轮廓线的连接点勾勒方向和趋势自行判断并纠正，从而得到目标区域的轮廓。进一步，所述轮廓分割时对偏移的轮廓线进行自行判断并纠正具体步骤如下：A)对图像中的前景和背景采用高斯混合模型进行建模，用于预测图像中每个像素属于前景或者背景的概率；B)根据像素的邻接关系构建一张网络；C)根据图像中的一个像素被当做网络中的一个节点，其节点分别为源点s和汇点t；D)网络中边的权值通过相应像素点属于前景的概率以及相邻像素点之间的色差得到；F)网络构建完成，遂采用最小割算法得到最优的轮廓分割。进一步，还包括平面草图带有透视角度的彩绘图片快速三维化交互式建模采用三维自由曲面造型技术的Fibermesh技术作为生成网格的算法。进一步，所述三维自由曲面造型技术的Fibermesh技术作为生成网格的算法对平面草图带有透视角度的彩绘图片的三维建模操作步骤为：在彩绘图片中的三维建模对象勾勒出中线，根据中线推测出三维模型的对称平面，并且该对称平面结合二维轮廓框架得到光滑的三维初始模型。进一步，所述纹理映射包括自动化保持图像的高频特征信息平行投影技术和自动化低频背景信息且扭曲较小的连续映射方法。进一步，所述自动化保持图像的高频特征信息平行投影技术，即利用图像中边缘的层次信息提取出图像中的特征区域，对于各个特征区域进行纹理保持而对于其他不包含重要特征的区域直接采用调和映射，其具体的映射步骤如下：A)采用调和映射得到初始的纹理映射，此时二维的纹理图片会均匀的分布在三维模型表面，因此特征区域的纹理映射会被放大；B)利用delaunay三角剖分算法对图像区域进行剖分得到代理曲面，然后采用网格形变算法的as-rigid-as-possiable算法对初始代理曲面面进行变形，得到保持特征的纹理映射。进一步，所述几何形状的自动拼接包括得到一个水密三维模型的布尔运算和对各部位接缝处进行光滑处理的泊松方法。进一步，所述拼接后的纹理修正采用泊松处理对接缝处的纹理进行修正和恢复以得到合理的效果。本专利技术所设计的基于图片快速三维化交互式建模方法，其方法具有通过简单、少量的交互将二维卡通画转换为三维模型，最大的特点是整个建模过程不需要转换视角，所有的建模操作均是在二维下完成；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于图片快速三维化交互式建模方法，其特征在于包括以下步骤：A)利用交互式轮廓提取技术对彩绘图片整体部位进行勾勒并提取图像外围轮廓线得到整体图片的前景和背景；B)利用交互式轮廓分割技术将得到的整体部位外围轮廓线进行勾勒并分割出部位与部位之间的轮廓分割线得到整体图片中图像的前景和背景；C)根据轮廓分割线得到彩绘图片的各个部位的二维轮廓线；D)根据特征区域分解的二维轮廓线建立三维模型的二维轮廓框架；E)利用三维自由曲面造型技术对二维轮廓框架生成三维曲面；F)根据生成的各个彩绘部位的三维曲面模型进行保持特征的纹理映射；G)根据纹理映射后的各个彩绘部位的三维曲面模型之间进行几何形状的自动拼接及拼接后的纹理修正而得到完整的三维模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于图片快速三维化交互式建模方法，其特征在于包括以下步骤：A)利用交互式轮廓提取技术对彩绘图片整体部位进行勾勒并提取图像外围轮廓线得到整体图片的前景和背景；B)利用交互式轮廓分割技术将得到的整体部位外围轮廓线进行勾勒并分割出部位与部位之间的轮廓分割线得到整体图片中图像的前景和背景；C)根据轮廓分割线得到彩绘图片的各个部位的二维轮廓线；D)根据特征区域分解的二维轮廓线建立三维模型的二维轮廓框架；E)利用三维自由曲面造型技术对二维轮廓框架生成三维曲面；F)根据生成的各个彩绘部位的三维曲面模型进行保持特征的纹理映射；G)根据纹理映射后的各个彩绘部位的三维曲面模型之间进行几何形状的自动拼接及拼接后的纹理修正而得到完整的三维模型。2.根据权利要求1所述的基于图片快速三维化交互式建模方法，其特征在于：三维自由曲面造型技术包括曲面造型方法和三维建模方法。3.根据权利要求1所述的基于图片快速三维化交互式建模方法，其特征在于：所述对彩绘图片中的各个部位进行勾勒轮廓分割线时产生偏移的轮廓分割线，即根据该偏移的轮廓分割线两端与外围轮廓线的连接点勾勒方向和趋势自行判断并纠正，从而得到目标区域的轮廓。4.根据权利要求3所述的基于图片快速三维化交互式建模方法，其特征在于：所述轮廓分割时对偏移的轮廓线进行自行判断并纠正具体步骤如下：A)对图像中的前景和背景采用高斯混合模型进行建模，用于预测图像中每个像素属于前景或者背景的概率；B)根据像素的邻接关系构建一张网络；C)根据图像中的一个像素被当做网络中的一个节点，其节点分别为源点s和汇点t；D)网络中边的权值通过相应像素点属于前景的概率以及相邻像素点之间的色差得到；F)网络构建完成，遂采用最小割算法得到最优的轮廓分割。5.根据权利要求1所述的基于图片快速三维化交互式...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒圣满，陈斌，
申请(专利权)人：浙江中环瑞蓝科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33