[发明专利]一种用Micro-CT建立纱线彩色三维模型的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用Micro-CT建立纱线彩色三维模型的方法。

背景技术

纱线模型是织物仿真的基础。在二维织物仿真中，纱线的设计主要有三种方法：（1）设置纱线的粗细、长度、节距、颜色、股数、捻度、毛羽等参数，根据一定规律生成纱线图像；（2）利用各种图像编辑工具，交互地编辑纱线图像；（3）用扫描仪或数码相机获取真实的纱线图像，通过图像处理技术进行分割、提取；（4）把纱线图像重叠，添加不透明度和纵深方向的坐标，进行光线跟踪，合成为有深度感觉的纱线图像。二维织物仿真技术在显示织物结构方面存在明显不足，很难反映织物随着环境、光照、观察角度的不同而引起的相应变化，特别是对于纱线较粗的织物，不能很好地模拟织物的外观细节。基于二维纱线模型的织物仿真，无论从立体感、真实感，还是从结构检查、性能预测方面，都不能满足设计人员的更高需求。

传统的三维纱线建模方法是根据纱线参数，设计纱线的截面和中心线，构造纱线的三维模型。纱线的截面可以呈现圆形、椭圆形、直径变化的圆形、超级椭圆、样条曲线等，纱线的截面参数可以从外观测量或交互地在软件中编辑控制点。纱线的中心线可以近似为折线、圆弧结合直线、正弦曲线、Bezier曲线、样条曲线等。沿着纱线中心线，按照一定间隔划分纱线，得到若干截面，连接相邻截面上的对应点，获得纱线的小面片模型，或者用B样条曲面构造纱线。纱线的颜色由人工指定。传统的三维纱线模型是凭经验或者人工交互设计得到的，设计工作量大，与实际纱线很难达到一致，也不能反映实际纱线表面复杂的捻度和毛羽效果，导致模拟的织物效果与实际织造结果在细节上有很大差别，甚至完全失真。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种用Micro-CT建立纱线彩色三维模型的方法，使用Micro-CT扫描真实纱线，建立单根纱线的体模型，再沿纱线中心线路径变形，得到纱线的三维彩色数据模型。这种模型能增强织物仿真效果，表现出纱线的毛羽、捻度，可以应用在纺织工业、虚拟现实、电子商务等领域中优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用Micro-CT建立纱线彩色三维模型的方法，该方法实现步骤如下：

（1）纱线扫描：用Micro-CT扫描系统扫描单根纱线，输出图像，进入步骤（2）；

（2）密度体模型建立：将步骤（1）中获得的图像文件依次排列，形成三维纱线密度体模型，进入步骤（5）；

（3）图像采集：用平板扫描仪扫描真实的单根彩色纱线，输出图像，进入步骤（4）；

（4）读取彩色纱线图像文件中的颜色信息，进入步骤（5）；

（5）颜色赋值：为了反映纱线的色彩，用赋值算法给纱线密度体模型赋上颜色信息，进入步骤（6）；

（6）体模型变形：沿纱线中轴线依次排放分割的纱线横截面，得到纱线体模型。

步骤（5）中，所述颜色赋值方法如下：

（5-1）计算出纱线体数据的包围盒，按照设定的分辨率把纱线包围盒划分成均匀的单元网格；

（5-2）初始化体素颜色值为c，体素透明度为密度值，围绕纱线的长轴做平行投影，计算投影的每个像素值；

（5-3）由所有像素值计算投影结果的颜色均值，再与扫描图像的颜色均值比较，得到差值s，s=投影结果的颜色均值-扫描图像的颜色均值，将每个像素的颜色值修改为c+s；

（5-4）重复（5-2）到（5-3），直到s=0；

（5-5）绕纱线长轴旋转45°，重复（5-1）到（5-4），共迭代若干次。

步骤（6）中，所述变形方法如下：

（6-1）将纱线体模型分割为多个纱线横截面；

（6-2）沿纱线中轴线将横截面依次排放，使得每个横截面的中心在纱线中轴线上。

所述步骤（1）和（3）的图像是*.bmp格式的，也可以是*.jpg格式的或*.png格式的，为了保证图像的质量，优先采用不压缩的*.bmp格式。

构成体模型的最小单位是体素，一个体素表示体数据中三维空间某部分的值。体素相当于二维空间中像素的概念。体数据是对传统二维数据的扩展。三维体数据可以认为是由很多张二维图像组成的。