建构三维规则化彩色模型的方法技术

一种建构三维规则化彩色模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：　　　　输入三维量测资料群；　　　　重建规则化网格模型；　　　　抽取色彩资料；　　　　层次式色彩均匀性调整；以及　　　　影像重叠区域图素混色。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要是有关于一种建立三维规则化彩色模型的方法，亦即是利用一具有规则性网格结构的通用模型来套用在一实际模形上，因为两者模型间的差异所造成的通用模型的变形，由此则可建构成一与原始模型极为相似的三维模型；同时，再经由自动调整量测资料间的色彩差异，使得产生的通用模型具有分布均匀的表面色彩，达到高度的逼真效果。
技术介绍
近年来三维计算机模型(Three Dimensional Computer Model，3D)的使用，已经被推广至多种的应用领域，从娱乐方面的电子游戏与电影视觉特效制作，到网络多媒体的商业展示，以至于医疗或其它产业对于三维影像的特殊需求。因此三维模型或三维资料的建构与运算处理，已经成为一门重要的技术。制成三维模型的传统方式，是由动画工程师利用塑型软件与相关编辑工具创作而来。动画工程师通常经过长时期的专业训练，并凭借个人对于物体形状与色彩的感觉，再加上创意来建构模型。这种属于艺术创作的过程相当耗时，而且需要专业的人力来完成。相对于传统建立模型的方式，利用量测仪器来建构三维模型则属于逆向工程(Reverse Engineering)的方法。经过特殊设计的量测仪器可以取得物体的形状与色彩资料，精确度可达到0.01公分或是更高的程度。量测资料通常以三角片网格(Triangular Mesh)或曲面(Curved Surface)来表示几何资料，此则如同在图1A中所示；而以二维影像表示色彩资料，如同在图1B所示，几何资料以及色彩资料之间则以贴图对应(Texture Mapping)来定义两者间的连结关系，此部份则是一般所称的贴图坐标(Texture Coordinate)。而为了建构一个完整的模型，就必须从不同角度对物体进行量测，然后将所有的量测资料调整至同一个空间坐标系统(如图1C所示)，再如图1D所示的将资料群整合成为一个完整的三维模型。逆向建模的优点在于高精确度，几乎可以在肉眼无法辨识的误差程度下复制实物的三维模型，而且不需要特殊的专业人力，稍加训练的仪器操作人员即可完成建模。然而，经由三维量测仪器所得到的资料量通常相当庞大，网格结构也缺乏规则性，以致于所得出来的数据结构仅能用于某一特定的模型制作，而且因为数据结构的紊乱，这类的模型数据结构相当的不利于动画制作与数据传输等后制作业或再利用。另外，由于光源照明的影响，不同量测角度的资料在合并之后会产生明显的色彩差异。因此，从原始的量测资料到可以实际运用的完整三维模型之间，仍需要一套完整的建模方式来解决上述的问题。为了弥补上述所产生的问题，便有人以三维塑型工具来产生模型。建模过程相当的冗长，并且需要反复的修改。人工创作的三维模型的拟真程度有限，难以跟实物直接比较。近年来逆向工程的技术常被用来建构三维模型，着眼点在于使用高精密度的量测仪器取得物体的三维资料，加以整合产生拟真的模型。同时以机器代替人工，可以大幅缩短建模的时程。美国专利第6,512,518号则利用雷射扫描仪器取得实物的三维点群数据，再将点群资料转变为网格资料，并提供三维资料编辑整合的方法。美国专利第6,512,518所提出的方法，其优点在于快速且精确地量测物体表面的空间位置，以产生高精度的模型，然而所产生的三维模型是由细密的点群资料所构成，资料量庞大且没有结构性，模型的可利用性不高。另一美国专利6,356,272的做法则是利用轮廓成型(ShapeFrom Silhouette)的原理，使用定位相机系统拍摄大量的物体影像，从连续的轮廓影像中重建三维模型，并且建立影像与网格的贴图对应关系。在6,356,272一案中，其做法是从物体的侧面(水平方向)拍摄360度的连续影像，利用三角片法线向量与影像的夹角选取最佳的贴图对应关系。然而对于物体的顶部与底部，或是复杂外型的物体，其贴图影像容易产生扭曲变形(Distortion)。
技术实现思路
本专利技术主要是提供一套程序化的三维数据处理方法，并将三维形状量测系统所得到的量测资料整合为完整的三维彩色模型。在几何资料方面，则是利用一个通用模型，将多个角度的量测资料合并为一个具有规则化结构的网格模型。在色彩资料方面，则利用新产生的规则化结构模型与原始量测资料之间的空间对应关系，将量测资料的贴图影像资料重新对应到新模型上，并且调整影像之间的色彩差异。透过互动的方式，让使用者可以轻松地建构高真实感与高实用性的三维模型。附图说明图1A以三角片网格(Triangular Mesh)或曲面(Curved Surface)来表示几何资料的示意图；图1B以二维影像表示色彩资料的示意图；图1C将所有的量测料调整至同一个空间坐标系统的示意图；图1D将资料群整合成为一个完整的三维模型的示意图；图2为建构流程图；图3A为三维量测仪器所量测原始网格资料；图3B为具有较精简而规则的网格结构的新模型网格资料；图3C为具有色彩差异图像的示意图；图3D为具有精简网格结构与真实表面色彩的三维模型示意图；图4重建规则化网格模型的流程图；图5为原始量测资料的网格资料与相对应的色彩资料的示意图；图6为选用的头部通用模型示意图；图7为变形后的通用模型示意图；图8A显示了原始量测资料的示意图形；图8B利用通用模型所重建的模型示意图； 图9将原始量测资料的贴图影像资料分离出来的示意图；图10抽取色彩的流程图；图11A为通用模型与原始量测资料的贴图影像的空间位置关系的示意图。图11B为将贴图影像重新贴到通用模型上以完成抽取色彩步骤的示意图。图12调整影像间色彩均匀性的流程图；图13量测资料重叠的关系与层次排序的示意图；图14两个邻接的网格模型互相重叠的部份，以及重叠的部份分别对应在各自的贴图影像上的区域的示意图；图15A一群网格模型在色彩平均值调整前后的结果比较；图15B一群网格模型在色彩平均值调整前后的结果比较；图16为图素混色的处理流程图；图17为图15A、图15B的进一步比较结果。图号说明S10 重建规则化网格模型S20 抽取色彩S30 层次式色彩均匀性调整 S40 影像重叠区域图素混色S102 撰择通用模型 S104 叠合通用模型与量测资料S106 调整通用模型的尺寸S108 将通用模型的网格点贴合至量测资料上100 原始量测资料 110 网格模型资料120 贴图影像资料 200 通用模型210 变形后通用模型S202 对于通用模型的每个三角片S204 计算每个顶点的材质坐标S206 检查三角片在材质影像空间的连续性S208 改变顶点所对应的贴图影像，并重新计算材质坐标S210 是否所有的三角片都已经处理S302 对于任两个量测料寻找其间的重叠区域 S304 计算重叠区域的大小S306 设定量测资料的层次顺序S308 计算色彩调值具体实施方式本专利技术是利用一个通用模型(Generic Model)，间接地将原始的量测资料群合并成为一个完整的模型。「通用」的意义表示其可以套合至一群外型类似的物体，而不会产生过于严重的变形误差。例如建构人体头部模型时可以使用一个具有眼鼻口耳等脸部特征的头部通用模型，建构牛马等四脚动物模型时可以使用具有四脚型态的通用模型。在本专利技术的方法中并不直接处理原始的、庞大的网格资料群，而是采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王骏铭，陈加珍，温至任，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：