[發明專利]從單張樹木圖像快速構建真實感樹木模型的方法

無效

• 申請號: 201110202380.3
• 申請日: 2011-07-19
• 公開（公告）號: CN102306386A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 杭州實時數碼科技有限公司
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明專利涉及計算機圖形學領域，特別是涉及一種從單張樹木圖像快速構建真實感樹木模型的方法。

背景技術

樹木能有效增強虛擬場景的真實感維度。然而，由于自然界的樹木種類繁多、形態萬千、結構復雜，構建真實感的三維樹木模型具有很大困難。目前，針對樹木的建模方法主要包括四類。

第一類是基于交互的建模方法。用戶使用通用的三維建模軟件完全手動的構建樹木的每個細節，例如使用Autodesk公司的3DS?MAX軟件。該建模方法的控制精度較高，但建模工作量較大。有一些建模方法通過提供內置的樹木模型，例如IDV公司的SpeedTree軟件，用戶通過交互修改已有樹木模型的參數得到期望的樹木模型。該建模方法速度得到了很大提升，但要求用戶對建模參數具有一定的理解和掌握，并且構建與真實樹木圖像相似的樹木模型比較困難。

第二類是基于規則的建模方法。由于植物生長符合一定生物學規則和模式，因此有許多研究者提出通過設計和使用規則來模擬樹木的生長，并據此構建其三維模型，參見Ijiri，T.，Owada，S.，Okabe，M.，Igarashi，T.2005.Floral?diagrams?and?inflorescences：interactive?flower?modeling?using?botanical?structural?constraints.ACM?Transactions?on?Graphics?24，3，720-726.。雖然這類方法可以得到較為自然和真實的樹木模型，但用戶在設計和使用規則以及指定規則定參數時，需要比專業的背景和經驗，在構建比較復雜的樹木模型時，則需要使用大量規則。

第三類是基于草圖的建模方法。這類方法首先讓用戶勾勒出樹木樹冠、枝干、樹葉等形狀的草圖，然后對草圖進行分析、理解和推導，生成樹木模型，參見Okabe，M.，Owada，S.，Igarashi，T.2005.Interactive?design?of?botanical?trees?using?freehand?sketches?and?example?based?editing.Computer?Graphics?Forum?24，3，487-496.。這類方法所需要的建模交互量一般較大，并且對于普通用戶，一般難以繪制出比較合理的樹木草圖。

第四類是基于圖像的建模方法。一些研究者通過沿樹木周圍拍攝多張圖像，然后利用計算機視覺從運動恢復結構等算法，計算得到樹木表面的三維點云，并根據這些點云進一步計算樹木枝干和樹葉的三維網格模型，參見Quan，L.，Tan，P.，Zeng，G.，Yuan，L.，Wang，J.，Kang，S.B.2006.Image-based?plant?modeling.SIGGRAPH?2006，599-604.和Tan，P.，Zeng，G.，Wang，J.，Kang，S.B.，Quan，L.2007.Image-based?tree?modeling.SIGGRAPH?2007，87-93.。這類建模方法構建的樹木模型的細節比較真實，并且和真實樹木具有較大相似度，但構建時間比較長、用戶交互工作量也比較大。

上述樹木建模方法，都存在建模時間長、建模交互量大、建模操作復雜等缺點。隨著人們對虛擬現實需求的增長和虛擬現實應用的增多，對其開發周期的要求也在不斷提高。因此研發建模成本低、建模交互少、建模速度快的快速樹木建模技術十分必要。

發明內容

本發明克服了現有技術中的缺點，提供了一種從單張樹木圖像快速構建真實感樹木模型的方法，結合主動輪廓方法、粒子仿真方法、紋理合成方法，可從單張樹木圖像中快速重建出樹木的三維幾何模型和二維紋理貼圖，降低了樹木的模型建模成本、建模交互工作量和建模時間，可應用于景觀設計、園林設計、動漫創作、游戲開發、影視制作等領域。

本發明的技術方案包括以下六個步驟：

1)在樹木圖像上標記樹木大致樹冠輪廓和主樹干中心線

拍攝一張樹木圖像，在樹木圖像上用多邊形標記出樹木大致樹冠輪廓，用直線段標記出樹木大致主樹干中心線；

2)求解精確樹冠輪廓、主樹干輪廓和樹木前景圖像

采用主動輪廓方法，分別從樹木大致樹冠輪廓和主樹干輪廓出發，通過局部最小化由連續能量、曲率能量和梯度能量加權求和組成的能量函數，求解精確的樹冠輪廓和主樹干輪廓，并提取出精確的樹木前景圖像；

3)計算樹冠輪廓內部的二維樹枝形狀