[发明专利]一种自动的真实感三维模型纹理映射方法

说明书

本发明公开一种自动的真实感三维模型纹理映射方法，所述方法包括：对三维模型进行UV参数化；对第一幅图像，估计相机的成像模型，根据估计的相机成像模型，确定物体图像点所对应的三维模型顶点；对后续的每幅图像，通过图像的特征点检测与匹配来建立与上一幅图像间的特征点对应，确定本幅图像上物体像素所对应的三维模型顶点，以对应图像像素的颜色值填充纹理贴图；生成完整的纹理图。本发明通过图像特征点检测与匹配来建立三维模型顶点与图像上特征点的点对应，能实现相机成像模型的自动估计，基于凸包匹配对成像模型进行优化，能实现自动和精确的纹理映射，利用自然邻点插值方法进行纹理填充，实现平滑的无缝隙纹理映射。

技术领域

本发明涉及计算机图形学技术领域，具体涉及一种自动的真实感三维模型纹理映射方法。

背景技术

真实感三维建模就是要重建出具有真实感纹理的三维数字模型。真实感三维模型在文物与古建筑的数字化保护与展示、数字媒体娱乐、广告等领域有广泛的应用，真实感三维建模包括两个方面，一方面是精确的几何形状建模，另一方面是给三维模型添加色彩信息以真实地还原物体的物理特性。

纹理映射是将二维纹理图像上的纹理值映射到三维模型表面的技术，是真实感三维建模的重要手段。在计算机图形学中，真实感三维建模一般是以用户采集的物体照片作为二维纹理图像。纹理映射的核心是建立三维模型和二维图像间的对应关系，最终形成一幅包含三维模型每个顶点纹理值的二维纹理贴图。目前实际应用中还是借助一些专用的图形处理软件如贴图大师、3DMax等，通过人机交互的方式进行纹理贴图，较难建立三维模型和二维图像间的精确对应关系，并且费时费力，不适用于像博物馆中大量文物的数字化建模这样的工程任务。已有的研究主要针对不同拍摄视角因光照不同所造成的纹理图像之间色彩存在大的差异问题，通过多幅图像纹理的融合和拼接优化，消除来自不同纹理图像间的纹理色差，实现平滑的无缝隙纹理映射。但这些研究大都需要已知每幅图像的摄像机成像参数，这在实际应用中很难满足。

针对现有技术存在的如上述技术问题，本发明提供一种自动的真实感三维模型纹理映射方法。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提出了一种自动的真实感三维模型纹理映射方法，利用围绕物体拍摄的序列纹理图像，为三维模型建立完整的真实感纹理贴图。

本发明采用以下技术方案：

一种自动的真实感三维模型纹理映射方法，其特征在于，包括：

步骤1，对三维模型进行平面参数化，得到三维模型顶点的UV纹理坐标，并产生一幅空白图像作为初始的纹理贴图；

步骤2，根据围绕物体拍摄的序列纹理图像，对第一幅图像，估计相机的成像模型，根据估计的相机成像模型确定物体图像点所对应的三维模型上的顶点，根据顶点的纹理坐标，以对应图像像素的颜色值填充纹理贴图；

步骤3，根据围绕物体拍摄的序列纹理图像，对后续的每幅图像，通过图像特征点检测与匹配来建立与上一幅图像间的特征点对应，从而根据已建立的上一幅图像与三维模型顶点的对应关系建立本幅图像上的特征点与三维模型顶点的对应关系，利用本幅图像上的特征点与三维模型顶点的对应关系对本幅图像相机的成像模型进行初始估计，再基于凸包匹配对成像模型进行优化，根据优化得到的相机成像模型确定本幅图像上物体像素所对应的三维模型顶点，根据顶点的纹理坐标，以对应图像像素的颜色值填充纹理贴图，当三维模型上的同一个顶点与多幅图像上的像素对应时，用均值填充；

步骤4，通过插值生成未填充UV参数处的纹理值，从而生成完整的纹理贴图。

进一步地，步骤2中，估计相机的成像模型包括：

步骤201，通过采用摄像机标定方法得到一个初始成像模型或利用图形图像软件(如3ds Max和Photoshop)在三维模型和图像上手工选取不少于6组对应的特征点，按照这组特征点对应估计一个初始成像模型；