[发明专利]三维数字模型精细轮廓线提取方法及装置

说明书

本发明公开一种三维数字模型精细轮廓线提取方法，计算虚拟相机的外参和内参，确定虚拟视点；提取外轮廓线；筛选出可见面片；计算可见面片中相邻面片的法线方向的夹角的余弦值，若余弦值在第一预设范围内，将两相邻面片公共边上的两端点三维坐标和中点三维坐标转换到像素坐标系内，并将转换后的坐标的像素值进行二值化计算，得到面片轮廓线；计算可见面片的法线与面片质心指向虚拟视点的向量之间的夹角的余弦值，若余弦值在第二预设范围内，则将面片的顶点三维坐标、各边中点三维坐标和面片的质心三维坐标转换到像素坐标系内，并将转换后的坐标的像素值进行二值化计算，得到视线轮廓线；将外轮廓线、面片轮廓线和视线轮廓线合并，得到精细轮廓线。

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种三维数字模型精细轮廓线提取方法及装置。

背景技术

三维数字模型已成为目前工业以及商业领域设计或展示高新技术产品的主流方式之一，其直观的效果和自然的交互使得三维加工制造以及三维视觉领域蓬勃发展。三维数字模型的轮廓线是一个模型的重要特征组成，其不仅包括一般概念中的物体与背景的分界线，即所谓的外轮廓线，针对复杂结构的三维数字模型，其外轮廓线之内的特征表示方式则需要内轮廓线来刻画。

三维数字模型的轮廓线在图形交互中的作用至关重要，特别是在文物保护领域，利用非接触式的三维测量技术获取文物的三维数字模型后，一般很难查看到文物的细节面貌，故使用文物的投影轮廓线可以快速且直观地研究文物的细节。

现有针对文物研究的技术中，有基于显示脊线提取了文物模型的线图的方式，该技术由于算法复杂，处理效率低，只能处理50万面片以下的模型。而现如今的大型模型都拥有成百上千万的面片，此类拥有成百上千万的面片的三维数字模型的精细轮廓线提取是最关键的问题。现有技术中也有针对三维数字模型提取外轮廓，同时也根据面片关系对三维数字模型内部线条进行提取的方案，但是，这种方案一方面未考虑到基于不同视点对提取轮廓线的影响，观察角度的变化，也会导致轮廓线的提取出现偏差。另一方面，这种方案如果应用在文物研究领域，对文物的三维数字模型的细节轮廓是无法做到精细提取的，而对文物的研究，越多的细节，对于研究越是有利的，细小结构对文物修复也是至关重要的。因此，对三维数字模型轮廓线的提取精度需求越来越高，尤其是在考古文物领域是更重要的。

发明内容

基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种基于虚拟视点和虚拟相机参数，且能够提取出足够多细节的精细轮廓线提取方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种三维数字模型精细轮廓线提取方法，包括：

S1:计算虚拟相机的内参，确定虚拟视点，根据所述虚拟视点计算所述虚拟相机的外参；

S2:在所述虚拟视点位置提取所述三维数字模型的外轮廓线；

S3:筛选出所述虚拟视点下的所有可见面片，所述可见面片为在所述虚拟视点下可见的、且在相同像素坐标处深度值最小的面片；

S4:计算所述所有可见面片中相邻面片的法线方向的夹角的余弦值，若所述余弦值在第一预设范围内，则将两相邻面片公共边上的两端点三维坐标和中点三维坐标通过所述外参和内参转换到像素坐标系内，并将转换后的坐标的像素值进行二值化计算，得到所述三维数字模型的面片轮廓线；

S5:计算所述所有可见面片的法线与面片质心指向所述虚拟视点的向量之间的夹角的余弦值，若所述余弦值在第二预设范围内，则将所述面片的顶点三维坐标、各边中点三维坐标和所述面片的质心三维坐标通过所述外参和内参转换到像素坐标系内，并将转换后的坐标的像素值进行二值化计算，得到所述三维数字模型的视线轮廓线；

S6:将所述外轮廓线、所述面片轮廓线和所述视线轮廓线合并，得到所述三维数字模型的精细轮廓线。

优选地，所述S1中计算虚拟相机的内参和外参包括：