[发明专利]基于单幅图像的三维自由形体生成方法

摘要

基于单幅图像的三维自由形体生成方法，包括用户根据输入的单幅二维图像，在图像平面上以交互手绘方式临摹描绘出图像中物体表示的线画图，这些线条基本能准确反映物体各部分在垂直方向上的轮廓；首先确定物体各子部分构造曲线并计算它们的三维坐标信息，生成的三维对称曲线将根据曲线间的连接关系重新匹配到其对应的物体子部分以保证每个部分中的一般曲线可以由同一部分的对称曲线计算得到；为了生成具有高度真实感的三维自由形体，利用输入图像中物体可见部分的纹理信息，系统为表示自由形体的网格模型对应部分利用纹理坐标确定相应纹理信息，并利用物体的对称信息获取具有完整纹理的三维真实模型。

主权项

基于单幅图像的三维自由形体生成方法,其特征在于：1)根据输入的单幅二维图像，在图像平面上以交互手绘的方式临摹描绘出图像中物体表示的线条图，其中的手绘线条包括表示物体的对称曲线和非对称一般曲线；并自动捕捉手绘线条上的采样点，插值出相应的二次B样条曲线，用从光滑二次曲线中均匀采样的顶点形成的多边形折线对输入的手绘线条进行离散化，依次保存物体每一子部分的构造曲线对；2)三维自由形体各子部分构造曲线深度坐标的计算以及三维模型离散生成：为了计算构造曲线深度坐标方便起见，使用手绘平面作为XOY平面，包含对称信息的输入线条图则作为三维物体构造曲线的平行投影，投影方向垂直于手绘平面；首先确定物体各子部分的构造曲线并计算它们的三维坐标信息，物体每一子部分的构造曲线集包含两条对称曲线和两条一般曲线；然后遍历所有的对称曲线，对称曲线的三维坐标信息利用已知的对称面计算得到，生成的三维对称曲线将根据曲线间的连接关系重新匹配到其对应的物体子部分以保证每个部分中的一般曲线由同一部分的对称曲线计算得到；物体各部分被分类到两种不同类型的子部分，关于对称面自对称的单个子部分和关于对称面相互对称的两个子部分；自对称部分中的一般曲线的三维坐标信息由其对称曲线直接计算得到；对于互相对称部分情形，利用对称曲线计算其中一个子部分的一般曲线三维坐标信息，另一子部分中一般曲线的三维坐标信息由互对称部分的一般曲线坐标信息利用对称性计算得到；二维手绘平面中手绘线条图上的顶点x坐标和y坐标对应于三维形体上顶点的x坐标和y坐标，需要恢复的仅仅是每个顶点的z坐标；对于每个子部分里的两条对称曲线，利用下式计算它们每个采样点z坐标：zsi=-12((xsi+xsi′)·xszs+(ysi+ysi′)·yszs+(xsi-xsi′)·xgzg+(ysi-ysi′)·ygzg)zsi′=-12((xsi+xsi′)·xszs+(ysi+ysi′)·yszs-(xsi-xsi′)·xgzg-(ysi-ysi′)·ygzg)---(1)]]>其中，zsi和z′si为待求的对称点的z坐标，xsi，x′si和ysi，y′si分别为对称点的x，y坐标，Ns(xs,ys,zs)为对称面法向量，Ng(xg,yg,zg)为位于对称面内的一个向量；对于每个子部分，利用下式计算出各自一对一般曲线上采样点的z坐标：zgi=-12((2xgi-xsi-xsi′)·xszs+(2ygi-ysi-ysi′)·yszs+(xsi+xsi′)·xszs+(ysi+ysi′)·yszs)zgi′=-12((2xgi′-xsi-xsi′)·xszs+(2ygi′-ysi-ysi′)·yszs+(xsi+xsi′)·xszs+(ysi+ysi′)·yszs)---(2)]]>其中，zgi和z′gi为待求的非对称一般点的z坐标，xgi，x′gi和ygi，y′gi分别为非对称一般点的x，y坐标；对于物体中一个子部分与另一子部分关于对称面相互对称的情形，利用其中一个子部分的非对称一般曲线的三维坐标信息根据对称性计算另一子部分的非对称一般曲线的三维坐标信息，计算如下：xgi′=((ys)2+(zs)2-(xs)2)·xgi-2xs·(ygi·ys+zgi·zs)(xs)2+(ys)2+(zs)2ygi′=((xs)2+(zs)2-(ys)2)·ygi-2ys·(xgi·xs+zgi·zs)(xs)2+(ys)2+(zs)2zgi′=((xs)2+(ys)2-(zs)2)·zgi-2zs·(xgi·xs+ygi·ys)(xs)2+(ys)2+(zs)2---(3);]]>从而，关于对称面自身对称的物体子部分情形，根据指定的对称面，先利用(1)式计算出两条对称曲线上采样点的三维坐标，得到相应的三维构造曲线；再利用(2)式计算出两条非对称一般曲线上采样点的三维坐标，得到相应的三维构造曲线；对于物体中一个子部分与另一子部分关于对称面相互对称的情形，对分别属于两个子部分的两对对称曲线，首先利用(1)式计算出每对对称曲线上采样点的三维坐标，得到相应的三维构造曲线；然后利用(2)式计算出其中一个子部分的两条非对称一般曲线上采样点的三维坐标，得到相应的三维构造曲线；最后利用(3)式由前一子部分的两条非对称一般曲线计算出另一子部分的两条非对称一般曲线上采样点的三维坐标，得到相应的三维构造曲线；当每个部分都确定了各自的构造曲线之后，利用旋转混合方法生成相应的参数曲面，并对参数曲面离散化得到表示自由形体的三维网格模型；3)为了生成具有高度真实感的三维自由形体，利用输入图像中物体可见部分的纹理信息，对生成的三维网格模型表面赋予输入图像中物体的颜色纹理信息；利用自由形体的对称性，物体对称面两侧对称的部分具有相同的纹理，根据物体对称面一侧的纹理信息得到物体另一侧的纹理信息；最终生成具有高度真实感的三维自由形体。