[發(fā)明專利]人像高浮雕建模方法及建模系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2020-08-13
• 公開（公告）號: CN111951386B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設計）人: 陳彥釗;周浩;張玉偉
• 申請（專利權）人: 齊魯工業(yè)大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06K9/62
• 代理公司: 濟南信達專利事務所有限公司 37100
• 代理人: 潘悅梅

本發(fā)明公開了一種人像高浮雕建模方法及建模系統(tǒng)，屬于浮雕建模技術領域，要解決的技術問題為如何將3D人像模型貼合在背景面上形成人像高浮雕。該方法包括如下步驟：判斷3D人像模型中頂點的可見性，并在3D人像模型的負向非遮擋區(qū)域中選取z坐標最大的頂點為背景點；計算增強后3D人像模型三角面片法向為目標法向，對于壓縮后3D人像模型，將其三角面片法向與目標法向重疊、并計算重疊后3D人像模型每個頂點的梯度作為目標梯度；以背景點z坐標等于零為邊界條件，求解能量方程對3D人像模型進行高度場優(yōu)化，將優(yōu)化后背景點約束到背景面上。建模系統(tǒng)，包括背景點提取模塊、增強壓縮模塊和優(yōu)化模塊，用于通過人像高浮雕建模方法構建人像高浮雕。

技術領域

本發(fā)明涉及浮雕建模技術領域，具體地說是一種人像高浮雕建模方法及建模系統(tǒng)。

背景技術

人像高浮雕依附在背景面之上，厚度雖經過壓縮處理，其結構仍為3D形態(tài)，具有強烈立體感和敘事性，在建筑裝潢領域應用廣泛。

現(xiàn)有人像高浮雕設計需要借助專業(yè)商業(yè)軟件，專業(yè)性強、費時費力。近年來，隨著3D掃描硬件設備的不斷發(fā)展，3D模型獲取更加方便，為高浮雕設計提供了豐富的素材。以3D模型為輸入，同一模型可以變換不同的映射角度，極大提高了設計的多樣性。但是，3D模型形態(tài)復雜，并不能直接貼合在背景面之上，映射時需要對其結構進行幾何優(yōu)化。

如何將3D人像模型貼合在背景面上形成人像高浮雕，是需要解決的技術問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的技術任務是針對以上不足，提供一種人像高浮雕建模方法及建模系統(tǒng)，來解決如何將3D人像模型貼合在背景面上形成人像高浮雕的問題。

第一方面，本發(fā)明提供一種人像高浮雕建模方法，以3D人像模型中選取的背景點為邊界條件，對3D人像模型進行深度優(yōu)化生成人像高浮雕，所述人像高浮雕與背景面緊密貼合，所述方法包括如下步驟：

基于3D人像模型的頂點法向量及選取的視線向量，判斷3D人像模型中頂點的可見性，并在3D人像模型的負向非遮擋區(qū)域中選取z坐標最大的頂點為背景點；

對3D人像模型頂點進行法向細節(jié)增強，計算增強后3D人像模型三角面片法向為目標法向，對3D人像模型頂點z坐標進行線性壓縮，對于壓縮后3D人像模型，將其三角面片法向與目標法向重疊、并計算重疊后3D人像模型每個頂點的梯度作為目標梯度；

基于目標梯度以及模型深度構建包括梯度約束項和深度約束項的能量方程，以背景點z坐標等于零為邊界條件，求解上述能量方程對3D人像模型進行高度場優(yōu)化，并將優(yōu)化后背景點約束到背景面上。

更優(yōu)的，還包括通過如下步驟增補背景點：

在3D人像模型的頂點中，選取其法向與z軸負向夾角小于閾值ε、高斯曲率為正、且z坐標大于背景點的頂點作為種子點；

通過K-means聚類算法，將種子點在三維空間內聚類為若干區(qū)域；

對于每一個聚類后的區(qū)域，計算其鄰域中心點的z坐標平均值，并基于所述區(qū)域相關的中心點z坐標與z坐標平均值之間的差值，得到所述區(qū)域對應的z坐標差值；

對z坐標差值進行歸一化，選取一個閾值，從上述若干區(qū)域中排除大于閾值的區(qū)域，對于剩余的區(qū)域，選取區(qū)域內距離中心點最近的種子點為新的背景點。

作為優(yōu)選，基于3D人像模型的頂點法向量及選取的視線向量，判斷3D人像模型中頂點的可見性，包括如下步驟：

設定視線向量為v＝[0,0,-1]，3D人像模型頂點p對應的頂點法向量為n，如果視線向量v與頂點法向量n之間的點積v·n＞0，即視線向量v與頂點法向量n之間夾角小于90度，頂點p判定為負向，否則頂點p判定為正向；