一种扫描设备及法线贴图生成方法技术

本发明专利技术公开了一种扫描设备及法线贴图生成方法，本发明专利技术生成贴图所需的照片来源简单，仅需要简易拍摄设备便可摄取得到，成本低廉，操作方便，同时，基于特定的灯光子空间转换算法计算得到法线向量进而得到法线贴图，该法线贴图用作渲染材质可达到80％的还原度，且具有良好的适用性和拓展性，便于渲染使用及二次编辑。辑。辑。

【技术实现步骤摘要】
一种扫描设备及法线贴图生成方法


[0001]本专利技术涉及计算机渲染领域，具体涉及一种扫描设备及法线贴图生成方法。

技术介绍

[0002]目前基于物理的渲染材质应用十分普及，包括游戏行业，虚拟仿真，工业设计等等。但是这种基于物理的渲染材质的制作生成过程却非常效率低下(本专利技术渲染材质指的是数据集，解释为物体对光的交互，供渲染器读取的数据集，包括贴图纹理，光照算法等)，很多需要手工绘制，或者依靠基于已有的一些材质做混合生成，但是生成质量只能靠制作人员的主观意识去评估，丧失了真实与客观性。还有一些使用非常高端的物理扫描设备来制作，但是通常这些设备价格不菲，使得制作成本高昂。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种扫描设备及法线贴图生成方法解决了现有扫描设备制作成本高，物理的渲染材质的制作生成过程效率低下的问题。
[0004]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种扫描设备，包括：灯箱底座、灯箱头部、光源和承物平台；
[0005]所述灯箱底座与灯箱头部固定连接；所述光源放置于灯箱底座内；所述灯箱底座和灯箱头部的外层均为黑色遮光板，所述灯箱头部的内层为白色泡沫层；所述灯箱头部内的白色泡沫层用于反射光源发射的光，并通过灯箱头部的出口将光反射至承物平台上。
[0006]一种法线贴图生成方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将待扫描物放置在承物平台上，打开光源，对待扫描物进行多个不同方位的拍摄，得到多张扫描物照片；
[0008]S2、对每张扫描物照片进行白平衡矫正，得到多张贴图；
[0009]S3、取每张贴图的一个像素，得到多个采样像素，并对每个采样像素进行亮度归一化处理，得到多个归一化的亮度值；
[0010]S4、将每个方位与其相邻的两个方位进行匹配，得到多组方位角，并基于相邻方位的极角，对每组方位角进行坐标转换，构建灯光子空间转化矩阵；
[0011]S5、根据每组方位角中的3个方位对应的3个归一化的亮度值，并基于3个归一化的亮度值得到灯光子空间的法线，采用灯光子空间转化矩阵对灯光子空间的法线进行坐标转换，得到世界空间的8条法线；
[0012]S6、取世界空间的8条法线的均值，得到像素的法线向量；
[0013]S7、对每张贴图上的所有像素执行步骤S3至步骤S6，找到所有贴图上所有像素的法线向量，将法线向量存入对应的贴图中，得到法线贴图。
[0014]进一步地，步骤S2包括以下分步骤：
[0015]S21、计算每张扫描物照片上每个像素的RGB通道之和，并根据每个像素的RGB通道之和，对每张扫描物照片上的所有像素进行降序排列；
[0016]S22、取排列像素的前p*w*h个像素，计算前p*w*h个像素的R通道的平均R值、G通道的平均G值和B通道的平均B值，其中，p为调节因子，w为扫描物照片分辨率的行，h为扫描物照片分辨率的列；
[0017]S23、根据R通道、G通道和B通道各自的像素平均值，对每张扫描物照片上的像素点做缩放变换，并对缩放变换后溢出的R值、G值和B值做截取处理，得到R值、G值和B值均在[0，255]范围的多张贴图。
[0018]进一步地，步骤S23中缩放变换的公式为：
[0019]R2＝R1*M/A
vgR
[0020]G2＝G1*M/A
vgG
[0021]B2＝B1*M/A
vgB
[0022]其中，R2为缩放变换后的R值，G2为缩放变换后的G值，B2为缩放变换后的B值，R1为缩放变换前的R值，G1为缩放变换前的G值，B1为缩放变换前的B值，M为每张扫描物照片上所有像素的三个通道中的最大值，A
vgR
为前p*w*h个像素的R通道的平均R值，A
vgG
为前p*w*h个像素的G通道的平均G值，A
vgB
为前p*w*h个像素的B通道的平均B值。
[0023]上述进一步方案的有益效果为：去除环境灯光对照片的偏色现象，使白色物体在任何环境的光源下都尽可能呈现为白色。S21
‑
S23步骤相当于找到图片中最亮区域(p*w*h的区域)，认定这个区域应该校色成白色，所以通过其各个通道的平均值作为参考来缩放其他像素，从而达到一种白平衡状态。
[0024]进一步地，步骤S3包括以下分步骤：
[0025]S31、取每张贴图的一个像素，得到多个采样像素；
[0026]S32、从多个采样像素中选出R通道的最大值，G通道的最大值，B通道的最大值；
[0027]S33、根据三个最大值，计算最大亮度值；
[0028]S34、计算每个采样像素对应的亮度值，并将该亮度值除以最大亮度值，得到多个归一化的亮度值。
[0029]进一步地，步骤S33中计算最大亮度值的公式为：
[0030]L
max
＝R
max
*0.2125+G
max
*0.75154+B
max
*0.0721
[0031]其中，L
max
为最大亮度值，R
max
为R通道的最大值，G
max
为G通道的最大值，B
max
为B通道的最大值，[0.2125，0.75154，0.0721]为亮度权重向量。
[0032]上述进一步方案的有益效果为：通过这个亮度权重向量反应人对光线亮度的敏感程度。人的视虹膜对绿色是非常敏感的，而对蓝色相对不敏感。所以这个公式中的G的权重就最大，相当于说绿色通道的值越大，亮度越高。换言之，使用亮度公式可以将像素转化为亮度这一个可以量化的数据物理量，然后就可以通过首先求得L
max
，用这个最大的亮度值作为标准，其他像素的亮度值除以这个标准，都会被归一化到[0，1]之间。
[0033]进一步地，步骤S4包括以下分步骤：
[0034]S41、将每个方位与其相邻的两个方位进行匹配，得到多组方位角；
[0035]S42、根据相邻方位的极角，将每组方位角进行极坐标到笛卡尔坐标变换，得到三个方向向量；
[0036]S43、根据三个方向向量，构建灯光子空间转化矩阵。
[0037]上述进一步方案的有益效果为：把这三个方向从极坐标转化为笛卡尔坐标系，这
三个方向刚还是互相垂直的，以此构建了一个灯光子空间坐标系，从而构建一个空间转化矩阵，可以将下面步骤求得的法线方向向量(定义在灯光子空间的)运用该矩阵方便地转化到世界空间。
[0038]进一步地，步骤S5包括以下分步骤：
[0039]S51、根据每组方位角中的3个方位，找到每组方位角所对应的3个归一化的亮度值；
[0040]S52、将每组方位角所对应的3个归一化的亮度值构建为反射强度向量，得到多个反射强度向量；
[0041]S53、将每个反射强度向量作为灯光子空间的法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扫描设备，其特征在于，包括：灯箱底座(1)、灯箱头部(2)、光源(3)和承物平台(4)；所述灯箱底座(1)与灯箱头部(2)固定连接；所述光源(3)放置于灯箱底座(1)内；所述灯箱底座(1)和灯箱头部(2)的外层均为黑色遮光板，所述灯箱头部(2)的内层为白色泡沫层；所述灯箱头部(2)内的白色泡沫层用于反射光源(3)发射的光，并通过灯箱头部(2)的出口将光反射至承物平台(4)上。2.一种法线贴图生成方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将待扫描物放置在承物平台(4)上，打开光源(3)，对待扫描物进行多个不同方位的拍摄，得到多张扫描物照片；S2、对每张扫描物照片进行白平衡矫正，得到多张贴图；S3、取每张贴图的一个像素，得到多个采样像素，并对每个采样像素进行亮度归一化处理，得到多个归一化的亮度值；S4、将每个方位与其相邻的两个方位进行匹配，得到多组方位角，并基于相邻方位的极角，对每组方位角进行坐标转换，构建灯光子空间转化矩阵；S5、根据每组方位角中的3个方位对应的3个归一化的亮度值，并基于3个归一化的亮度值得到灯光子空间的法线，采用灯光子空间转化矩阵对灯光子空间的法线进行坐标转换，得到世界空间的8条法线；S6、取世界空间的8条法线的均值，得到像素的法线向量；S7、对每张贴图上的所有像素执行步骤S3至步骤S6，找到所有贴图上所有像素的法线向量，将法线向量存入对应的贴图中，得到法线贴图。3.根据权利要求2所述的法线贴图生成方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下分步骤：S21、计算每张扫描物照片上每个像素的RGB通道之和，并根据每个像素的RGB通道之和，对每张扫描物照片上的所有像素进行降序排列；S22、取排列像素的前p*w*h个像素，计算前p*w*h个像素的R通道的平均R值、G通道的平均G值和B通道的平均B值，其中，p为调节因子，w为扫描物照片分辨率的行，h为扫描物照片分辨率的列；S23、根据R通道、G通道和B通道各自的像素平均值，对每张扫描物照片上的像素点做缩放变换，并对缩放变换后溢出的R值、G值和B值做截取处理，得到R值、G值和B值均在[0，255]范围的多张贴图。4.根据权利要求3所述的法线贴图生成方法，其特征在于，所述步骤S23中缩放变换的公式为：R2＝R1*M/A
vgR
G2＝G1*M/A
vgG
B2＝B1*M/A
vgB

【专利技术属性】
技术研发人员：任兴，李伟，
申请(专利权)人：成都中鱼互动科技有限公司，
类型：发明
国别省市：