[發(fā)明專利]一種發(fā)型三維建模方法、人物三維建模方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113269888B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂琳;陳瀚;陳明海
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G06T17/10
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本發(fā)明提供了一種發(fā)型三維建模方法、人物三維建模方法及系統(tǒng)，獲取數(shù)字化發(fā)型，提取其頂點信息，并計算方向場；以發(fā)絲為處理單位，對發(fā)型進行篩選，去除離散發(fā)絲；提取發(fā)型的輪廓頂點，計算頂點法向并對輪廓頂點進行優(yōu)化；根據(jù)輪廓頂點和法向，進行表面重建，對重建的模型進行重新網(wǎng)格化處理，得到發(fā)型三維模型；本發(fā)明彌補從數(shù)字化發(fā)型數(shù)據(jù)庫重建可應(yīng)用于3D打印的人物發(fā)型的空白，使用戶無需專業(yè)的建模知識和技巧即可生成帶有結(jié)構(gòu)特征的人物發(fā)型，且得到的三維發(fā)型整體外形與輸入發(fā)型相匹配，同時發(fā)型表面的走勢也盡可能地還原目標(biāo)發(fā)型的真實情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于三維建模技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種發(fā)型三維建模方法、人物三維建模方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

人物雕塑是一項經(jīng)典的、宏偉的、具有極強裝飾性和實用性的藝術(shù)形式，它以人物為造型，用各種材料創(chuàng)造出可視、可觸的藝術(shù)人物形象，自古以來就受到普羅大眾的喜愛。目前多數(shù)較為精美的帶有細節(jié)紋路或紋理的人物雕塑仍由手工雕刻或手工開模制作完成，耗費時間長、所需人力大，且生成的雕塑規(guī)模不易控制，成功率往往與制作經(jīng)驗也有密切的關(guān)系。而由于其極高的工藝創(chuàng)作難度，個性化定制化雕塑始終難以進入尋常百姓家。近年來，隨著人體三維掃描重建的迅速發(fā)展以及3D打印技術(shù)的普及，越來越多的個人用戶接觸到并且愿意嘗試3D打印定制人像，3D打印人像擁有與雕塑類似的藝術(shù)表現(xiàn)，但比雕塑更加快捷、簡便，更加個性化，適用于任意普通用戶。

在人像的特征表達上，發(fā)型起到了不可或缺的作用，要生成一個高度擬真的人物雕塑必須做好發(fā)型重建。學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都在針對人物肖像的3D打印的研究中出現(xiàn)了許多優(yōu)秀的工作，但是，許多工作在發(fā)型重建上只使用了粗略模型或是一般化模板，無法從細節(jié)上還原目標(biāo)發(fā)型的真實特征。確實存在一部分工作在獲取高精度幾何細節(jié)的可打印發(fā)型模型上做出了突出貢獻，然而，他們都需要有高端的數(shù)據(jù)采集硬件和強健的算法做支撐，這些條件限制了普通用戶的使用。現(xiàn)在，正需要一個成本低、質(zhì)量高且支持3D打印的發(fā)型建模方法。

隨著數(shù)字化建模和渲染技術(shù)的日益發(fā)展，設(shè)備硬件與軟件的瓶頸突破，應(yīng)用于影視與游戲行業(yè)的數(shù)字化毛發(fā)建模技術(shù)也日益精進，可供使用的數(shù)字化發(fā)型也逐漸多樣化。這些技術(shù)通過數(shù)字建模，仿真以及物理過程的日益數(shù)字化增強，賦予了設(shè)計人員力量。然而，數(shù)字化毛發(fā)建模(strand-level hairstyle modeling)生成的結(jié)果是通過以三維空間中的頂點為基本單位組成的一系列鏈狀點序列進行表示，該類頂點數(shù)據(jù)無法應(yīng)用于3D打印。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種發(fā)型三維建模方法、人物三維建模方法及系統(tǒng)，本發(fā)明彌補從數(shù)字化發(fā)型數(shù)據(jù)庫(例如論文“Single-view hair modeling using ahairstyle database”中提出的發(fā)型數(shù)據(jù)庫)重建可應(yīng)用于3D打印的人物發(fā)型的空白，使用戶無需專業(yè)的建模知識和技巧即可生成帶有結(jié)構(gòu)特征的人物發(fā)型，且得到的三維發(fā)型整體外形與輸入發(fā)型相匹配，同時發(fā)型表面的走勢也盡可能地還原目標(biāo)發(fā)型的真實情況。

根據(jù)一些實施例，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種發(fā)型三維建模方法，包括以下步驟：

(1)獲取數(shù)字化發(fā)型，提取其頂點信息，并計算方向場；

(2)以發(fā)絲(strand)為處理單位，對發(fā)型進行篩選，去除離散發(fā)絲；

(3)提取發(fā)型的輪廓頂點，計算頂點法向并對輪廓頂點進行優(yōu)化；

(4)根據(jù)輪廓頂點和法向，進行表面重建，對重建的模型進行重新網(wǎng)格化處理，得到發(fā)型三維模型。

作為可選擇的實施方式，所述步驟(1)的具體過程包括：

獲取數(shù)字化發(fā)型，自動讀取頂點信息；