[發(fā)明專利]一種基于單幅圖像的服裝三維模型構(gòu)建方法

有效

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• 申請日: 2013-09-23
• 公開（公告）號: CN103473806A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳小武;符強(qiáng);趙沁平;周彬;郭侃
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機(jī)圖形學(xué)、計算機(jī)視覺和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是涉及一種基于單幅圖像的服裝三維模型構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

基于圖像的場景對象三維模型構(gòu)建，是虛擬現(xiàn)實(shí)和虛擬場景生成的重要組成部分，尤其是服裝等具有非剛體形變的場景對象，其三維模型的構(gòu)建是當(dāng)前的國際前沿研究熱點(diǎn)。真實(shí)感強(qiáng)的服裝三維模型具有廣泛的應(yīng)用價值。

傳統(tǒng)的服裝三維模型構(gòu)建方法，參考了真實(shí)服裝設(shè)計與裁剪流程，通過二維版型設(shè)計、物理仿真模擬等步驟，通過人工參與的參數(shù)迭代優(yōu)化，得到最終的服裝三維模型。傳統(tǒng)的服裝三維模型構(gòu)建方法過于依賴人工操作，而且物理仿真的計算耗時大，同時要求建模人員具有較高的服裝領(lǐng)域知識，難以向非專業(yè)人員普及。

基于草圖的服裝三維模型構(gòu)建方法，允許用戶直接在人體模型上設(shè)計服裝的輪廓和細(xì)節(jié)信息，三維服裝被建模成一個圍繞人體模型的偏移表面。尤其是英屬哥倫比亞大學(xué)的研究人員，近期提出了一種內(nèi)容敏感的服裝草圖解析方法，該方法通過計算服裝與人體之間的松緊程度，提高了服裝寬松區(qū)域的建模質(zhì)量。但是，現(xiàn)有的大部分基于草圖的服裝三維模型構(gòu)建方法，在人體姿勢和用戶交互方面具有諸多的限制。具體而言，一方面，現(xiàn)有方法要求人體模型處于站立姿勢，并且骨骼運(yùn)動須局限于二維圖像平面內(nèi)；另一方面，現(xiàn)有方法需要用戶手動設(shè)計服裝輪廓與細(xì)節(jié)（如皺紋、褶皺等），對用戶的專業(yè)知識具有較高的要求。

無標(biāo)志物的三維服裝捕獲技術(shù)，利用多個同步的攝像機(jī)，通過時空一致性保持、網(wǎng)格重新劃分、三維變形等步驟，構(gòu)建服裝三維模型。最新的人體運(yùn)動捕獲技術(shù)，同樣利用了多個同步的攝像機(jī)，能夠建模出近似的運(yùn)動著裝人體。上述兩種方法，均依賴于專業(yè)級的多視角建模環(huán)境，僅能應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。

德國馬克斯普朗克研究所的研究人員，提出了利用主動光，通過光度立體重建算法，獲取三維服裝表面細(xì)節(jié)的方法，然而該方法的建模環(huán)境較為復(fù)雜，不僅需要設(shè)置多個多光譜的攝像機(jī)，還需要設(shè)置標(biāo)定后的特定光源。英屬哥倫比亞大學(xué)的研究人員，利用多視角的服裝運(yùn)動視頻，通過時空變形方法，結(jié)合視頻圖像中的服裝邊緣，恢復(fù)出三維服裝的表面細(xì)節(jié)。該方法同樣需要多視角的建模環(huán)境，并且在服裝邊緣的過程中，需要依賴部分人工交互。

綜上所述，現(xiàn)有服裝三維模型構(gòu)建方法，較大程度依賴于多視角建模環(huán)境設(shè)置，難以應(yīng)用于人體復(fù)雜三維姿勢，難以自動地獲取服裝表面的幾何細(xì)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)人體服裝對象三維模型構(gòu)建的實(shí)際需求和關(guān)鍵問題，本發(fā)明的目的是提出一種基于單幅圖像的服裝三維模型構(gòu)建方法，僅需單幅圖像，即可生成具有褶皺、皺紋等豐富表面幾何細(xì)節(jié)的服裝三維模型，以克服現(xiàn)有方法在多視角建模環(huán)境設(shè)置、逼真表面幾何細(xì)節(jié)獲取、人體復(fù)雜三維姿勢等方面的不足。

為完成本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于單幅圖像的服裝三維模型構(gòu)建方法，它包括以下步驟：

步驟1：估計輸入圖像的人體三維模型，并根據(jù)輸入圖像的服裝輪廓線，構(gòu)建出服裝三維平面。

首先，根據(jù)用戶在輸入圖像上指定的人體二維關(guān)節(jié)點(diǎn)，利用半自動的三維姿勢估計方法，估計出輸入圖像人體的三維姿勢；根據(jù)用戶在輸入圖像上指定的人體輪廓線，結(jié)合所估計出的圖像人體三維姿勢，利用可變形模板方法，估計出輸入圖像中人體的三維模型；用戶在輸入圖像上指定服裝輪廓線；利用所估計出的人體三維模型，將用戶指定的服裝輪廓線劃分為側(cè)影輪廓線和邊界輪廓線。

然后，計算人體三維模型在圖像上的投影區(qū)域，計算與服裝區(qū)域相關(guān)的骨骼；針對服裝區(qū)域的每個相關(guān)骨骼，結(jié)合骨骼的關(guān)節(jié)點(diǎn)三維坐標(biāo)與相對旋轉(zhuǎn)矩陣，計算該骨骼的有向面；計算相鄰有向面之間的交線，并利用該交線，計算輸入圖像服裝區(qū)域的內(nèi)部分割線；利用內(nèi)部分割線將輸入圖像的服裝區(qū)域劃分為不同的組成部分，每一個組成部分均對應(yīng)一個有向面。

其次，對于輸入圖像服裝區(qū)域的每一個組成部分，將該組成部分的輪廓線及內(nèi)部分割線，投影到對應(yīng)的有向面上，形成該組成部分的服裝三維區(qū)域；三角化每個組成部分的服裝三維區(qū)域，并利用服裝三維區(qū)域之間的公共內(nèi)部分割線頂點(diǎn)，形成服裝初始三維平面。

最后，復(fù)制服裝初始三維平面；并將服裝初始三維平面上的側(cè)影輪廓線頂點(diǎn)作為公共頂點(diǎn)，組合復(fù)制前和復(fù)制后的服裝初始三維平面，形成最終的服裝三維平面。

步驟2：利用服裝三維平面，結(jié)合人體三維模型，通過變形算法，生成平滑服裝三維模型。