[发明专利]建立个性化的三维人体模型

说明书

技术领域

本发明涉及计算机人体三维建模领域(大的技术领域)，特别是涉及一种建立个性化的三维人体模型。

背景技术

虚拟人模型具有广泛的应用需求。如何以较少的经济和人力投入简单方便地建造大量的虚拟人模型具有重要的意义。

人体模型的表示方法包括棒模型、体模型、表面模型和多层模型等。其中表面模型，尤其是多边形网格，由于计算简单，表达能力强，是主流的表示方法和业界的事实标准。为了建立人体表面模型，研究者们提出了多种多样的算法，，大致可以划分为创作型、捕获型、插值型、拟合型和参数化方法共5大类。

在第一类人体建模方法中，用户通过交互地操作底层的造型元素，从无到有地创建人体的模型。这种方法虽然给了用户最大的控制权，但对使用者的艺术天分以及使用该造型软件的熟练程度都有很高的要求。

第二类是近年来流行的捕获型方法。此类方法的数据采集需要专门的捕获设备，从昂贵的三维扫描仪到定标过的相机不等。这类方法的优点在于结果模型的精确性比较高。但是生成的结果模型里没有结构信息。要利用它来完成动画必须经过繁杂的装配(rigging)处理。

第三类是数据驱动型方法。这种方法需要大量模型样本来支撑，然后通过插值或者分割后再组装获得新的模型。显然好的模型库对数据驱动型建模方法是至关重要的，但建立这样的库需要大量的时间和资源。

第四类是基于模型的重构方法它利用从个体照片中提取的外形特征来修改通用模型，使其具有照片中人的外观特征，并保留原有的结构信息。这类方法对设备的要求低，操作简单，结果模型有较好的视觉效果，而且完成动画也很方便。

创作型方法需要使用者具有较高的艺术天分和熟练的软件使用技巧，而且创作一个模型的过程也比较复杂，需要较长的时间和精力。捕获型方法需要昂贵的硬件设备，而且生成的模型里不具备支持动画的骨架信息。模型驱动方法需要大量的优秀模型样本才能运行，现在正缺少这样的模型库，建造一个又需要大量的时间和资源。参数化方法依赖使用者的设计能力和大量参考模型支撑。这些方法都不能满足大批量建模的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种建立个性化的三维人体模型的方法。

建立个性化的三维人体模型方法包括如下步骤：

1)照片的拍摄和参考图像的合成

人站在离照相机2～4米的地方，双臂举起，拍摄正面、侧面两幅照片，与拍摄相机相同的参数用虚拟相机合成参考模型的图像，从照片和合成的参考图像中提取人体的轮廓线；

2)轮廓线分割

按照头、左上臂、左前臂、左手、右上臂、右前臂、右手、上躯干、骨盆、左大腿、左小腿、左脚、右大腿、右小腿、右脚分割从正面照片、侧面照片、正面参考图像、侧面参考图像中提取的轮廓线得到子轮廓线，对应于参考图像的叫参考子轮廓线，对应于照片的叫目标子轮廓线；

3)二维映射的构造

用垂直于主轴的直线细密地切割参考子轮廓线和目标子轮廓线，对形成的切割线进行参数化，定义一个切割线空间，把相同部位的参考子轮廓线和目标子轮廓线内的点分别进行参数化，相同参数值的点形成二维映射，经过这样的处理，就可以在切割线空间中构造从参考图像里的一点到目标图像里的一点的二维映射；

4)三维点位置的修改

按切割参考图像相同的位置切割参考模型，得到15个子参考模型，把子参考模型里的每个三维点投影到二维空间的一个像素，称为参考像素，该像素必定位于参考子轮廓线内，利用上一步得到的二维映射把该像素映射到目标子轮廓线内的一个像素，称为目标像素，把目标像素反投影到三维空间，生成三维点的新位置；

5)三维点的合成

分别把参考模型投影到正面和侧面，进行三维点位置的修改，正面处理得到人体的高度和宽度信息，侧面处理得到人体的高度和厚度信息，组合得到完整的三维模型。组合方式为，结果模型的宽度信息从正面处理得来，结果模型的厚度信息从侧面处理得来，结果模型的高度信息由正面处理和侧面处理的平均值得来。

所述的用垂直于主轴的直线细密地切割参考子轮廓线和目标子轮廓线，对形成的切割线进行参数化，定义一个切割线空间步骤：轮廓线分为左右两半有向边界，边界起点的连线叫做起始切割线，边界终点的连线叫做终止切割线，连接起始切割线中点和终止切割线中点的直线叫主轴，左右两侧边界里的点都是一一对应的，对应点的连线叫做切割线，则空间任何一点由两个参数确定，即点所在的切割线在所有切割线中的相对位置以及点在切割线中的相对位置。