基于二維陰影信息的三維模型智能數(shù)字化生成方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于二維陰影信息的三維模型智能數(shù)字化生成方法和系統(tǒng)。該方法包括生成二維陰影步驟，利用圖形處理技術(shù)將圖片或照片轉(zhuǎn)換為二維陰影圖片；構(gòu)造三維模型步驟，將二維陰影圖片中的各像素生成二維點云數(shù)據(jù)，并賦予第三維坐標數(shù)據(jù)，再重新序列化三維點云數(shù)據(jù)從而形成三維模型；隱藏二維信息步驟，將三維點云數(shù)據(jù)在二維方向上進行分條處理并在第三維方向上進行疊加處理以形成多個枝條，再對三維點云數(shù)據(jù)進行透視投影變換從而將二維陰影圖片的信息隱藏在三維模型中。該方法可以使得隱藏二維陰影信息的三維模型通過光照的角度投射呈現(xiàn)的陰影為原始圖片或照片的形狀。
【專利說明】基于二維陰影信息的三維模型智能數(shù)字化生成方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計算機圖形學【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于二維陰影信息的三維模型智 能數(shù)字化生成方法和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著技術(shù)發(fā)展的不斷進步，3D智能數(shù)字化與3D打印技術(shù)不斷融合，并且飛速發(fā) 展。其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，近年來，三維建模在地理信息、城市建筑、機械電子、醫(yī)療和 航空航天等工業(yè)工程領(lǐng)域的實際制造生產(chǎn)過程中發(fā)揮了巨大的作用；尤其是，三維建模與 3D打印的不斷兼容和技術(shù)發(fā)展，使得3D智能數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用越來越完善，實現(xiàn)了利用"虛 擬"再造"現(xiàn)實"的嶄新境界，并且逐漸從工業(yè)工程應(yīng)用領(lǐng)域擴展到生活領(lǐng)域，一方面，使得 人們的日常生活越來越便捷、直觀和高效，另一方面，使得傳統(tǒng)藝術(shù)創(chuàng)作與文化有了一個新 的發(fā)展方向。
[0003] 傳統(tǒng)的三維建模在上述應(yīng)用領(lǐng)域所構(gòu)造和使用的模型日趨復(fù)雜，虛擬建模的好壞 直接決定了三維模型的沉浸感和真實感。如果模型過于簡單，相對的數(shù)據(jù)量較小，但是不能 較好地反應(yīng)真實對象；如果模型復(fù)雜逼真，相對的數(shù)據(jù)量較大，則在數(shù)據(jù)的傳輸、更新和顯 示方面存在實時處理瓶頸。所以本領(lǐng)域技術(shù)人員需要根據(jù)具體應(yīng)用選擇適合的建模技術(shù) 和方法以提高效率和質(zhì)量。其中，三維建模技術(shù)包括基于圖像的虛擬建模技術(shù)、基于圖形 的虛擬建模技術(shù)以及基于圖像和圖形混合的虛擬建模技術(shù)?；趫D像的建模技術(shù)不依賴于 三維幾何建模，其本質(zhì)上是利用照相機或攝像機采集的離散圖像或視頻圖像（前視、后視、 俯視、仰視、側(cè)視、近視、遠視以及環(huán)視等）作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，經(jīng)過圖像處理生成真實的全景圖 像，然后通過適合的模型組織生成虛擬三維模型；基于圖形的建模技術(shù)是基于幾何模型的 建模技術(shù)，其本質(zhì)上是利用現(xiàn)有的三維建模軟件，以計算機圖形學為基礎(chǔ)人工對虛擬實體 進行建模；基于圖像和圖形混合的虛擬建模技術(shù)是將基于幾何模型與基于圖像的建模、人 工智能等虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合發(fā)展?？傊瑐鹘y(tǒng)的三維建模技術(shù)追求的是真實感強、逼真度高 以及實時性強等技術(shù)特點。
[0004] 此外，傳統(tǒng)的三維建模技術(shù)大多是利用多張圖像、照片或圖片生成一個三維模型， 是將圖片中可辨識的二維的物體轉(zhuǎn)換為可辨識的三維的物體，并且其轉(zhuǎn)換的三維模型通過 光照，從其投射出的陰影中均不包含任何含義，更主要的是從模型本身的呈現(xiàn)角度，傳統(tǒng)的 三維建模技術(shù)轉(zhuǎn)換的三維模型通過光照的角度投射出的陰影是各種各樣的，即不可控制 的陰影形狀，并且不具有任何藝術(shù)欣賞價值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對傳統(tǒng)的三維建模技術(shù)追求的技術(shù)特點導致的大多是利用多張圖像、照 片或圖片生成一個三維模型，并且其投射出的陰影形狀不可控制、不包含任何含義等問題， 提供一種基于二維陰影信息的三維模型智能數(shù)字化生成方法，通過對單張照片或圖片轉(zhuǎn)換 為二維陰影圖片，并在構(gòu)造三維模型后將二維陰影圖片信息隱藏在三維模型中，可以使得 隱藏二維陰影信息的三維模型通過光照的角度投射呈現(xiàn)的陰影為原始圖片或照片的形狀。 本發(fā)明還涉及一種基于二維陰影信息的三維模型智能數(shù)字化生成系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] -種基于二維陰影信息的三維模型智能數(shù)字化生成方法，其特征在于，所述方法 包括下述步驟：
[0008] 生成二維陰影步驟，利用圖形處理技術(shù)將圖片或照片轉(zhuǎn)換為二維陰影圖片，所述 二維陰影圖片包括黑白圖片信息；
[0009] 構(gòu)造三維模型步驟，將二維陰影圖片中的各像素生成二維點云數(shù)據(jù)，并賦予第三 維坐標數(shù)據(jù)，再重新序列化三維點云數(shù)據(jù)從而形成三維模型；
[0010] 隱藏二維信息步驟，將三維點云數(shù)據(jù)在二維方向上進行分條處理并在第三維方向 上進行疊加處理以形成多個枝條，再對三維點云數(shù)據(jù)進行透視投影變換從而將二維陰影圖 片的信息隱藏在三維模型中。
[0011] 所述隱藏二維信息步驟中，在形成多個枝條后還隨機對每個枝條在第三維方向進 行貝塞爾曲線扭曲形成弧度或延伸新的枝杈，再對三維點云數(shù)據(jù)進行透視投影變換從而將 二維陰影圖片的信息隱藏在三維模型中。
[0012] 在生成二維陰影步驟中通過在0?255的范圍內(nèi)調(diào)整第一閥值控制所述黑白圖片 信息中的黑白二值數(shù)據(jù)比例以生成不同的二維陰影圖片。
[0013] 在構(gòu)造三維模型步驟中利用二維陰影圖片中的每個像素的RGB合成值賦予對應(yīng) 的所述第三維坐標的坐標值。
[0014] 在構(gòu)造三維模型步驟中通過在0?255的范圍內(nèi)調(diào)整第二閥值控制生成所述第三 維坐標的不同坐標值。
[0015] 在隱藏二維信息步驟中通過在0?10的范圍內(nèi)選取第三閥值控制所述分條形成 的枝條條數(shù)。
[0016] 在隱藏二維信息步驟中通過在0?10的范圍內(nèi)選取第四閥值控制所述疊加形成 的枝條層數(shù)。
[0017] 一種基于二維陰影信息的三維模型智能數(shù)字化生成系統(tǒng)，其特征在于，包括依次 連接的生成二維陰影模塊、構(gòu)造三維模型模塊和隱藏二維信息模塊，
[0018] 所述生成二維陰影模塊先利用圖形處理技術(shù)將圖片或照片轉(zhuǎn)換為二維陰影圖 片；
[0019] 所述構(gòu)造三維模型模塊將二維陰影圖片中的各像素生成二維點云數(shù)據(jù)，并賦予第 三維坐標數(shù)據(jù)，重新序列化三維點云數(shù)據(jù)從而形成三維模型；
[0020] 所述隱藏二維信息模塊將三維點云數(shù)據(jù)在二維方向上進行分條處理并在第三維 方向上進行疊加處理以形成多個枝條，再對三維點云數(shù)據(jù)進行透視投影變換從而將二維陰 影圖片的信息隱藏在三維模型中。
[0021] 所述隱藏二維信息模塊是在形成多個枝條后還隨機對每個枝條在第三維方向進 行貝塞爾曲線扭曲形成弧度或延伸新的枝杈，再對三維點云數(shù)據(jù)進行透視投影變換從而將 二維陰影圖片的信息隱藏在三維模型中。
[0022] 本發(fā)明的技術(shù)效果如下：
[0023] 本發(fā)明涉及一種基于二維陰影信息的三維模型智能數(shù)字化生成方法，通過生成二 維陰影步驟將圖片或照片轉(zhuǎn)換為二維陰影圖片，構(gòu)造三維模型步驟實現(xiàn)二維點云數(shù)據(jù)的生 成、賦予第三維坐標數(shù)據(jù)以及重新序列化三維點云數(shù)據(jù)從而形成三維模型，隱藏二維信息 步驟實現(xiàn)三維點云數(shù)據(jù)的分條與疊加以形成多個枝條，再對三維點云數(shù)據(jù)進行透視投影變 換從而將二維陰影圖片的信息隱藏在三維模型中，以實現(xiàn)基于二維陰影信息的三維模型智 能數(shù)字化生成方法。傳統(tǒng)的二維圖片轉(zhuǎn)換三維模型需要多張圖片生成一個三維模型，本發(fā) 明通過對單張照片或圖片轉(zhuǎn)換的二維陰影進行上述處理并且生成三維模型，減少了對原始 照片或圖片的需求，實現(xiàn)了單張照片或圖片的三維模型智能數(shù)字化生成技術(shù)，可以將一張 圖片或照片轉(zhuǎn)換為不同的三維模型；將照片或圖片信息隱藏在三維模型之中，讓觀察者無 法通過直接觀察三維模型讀出照片圖片信息，完全不同于傳統(tǒng)技術(shù)中將圖片中可辨識的二 維的物體轉(zhuǎn)換為可辨識的三維的物體；本發(fā)明隱藏二維陰影信息的三維模型智能數(shù)字化 生成方法通過某一特定角度的光照所產(chǎn)生的投影就是二維陰影圖片所包含的信息，避免了 傳統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn)換出的三維模型通過光照投射出的陰影形狀不可控制、均不包含任何含義等問 題，本發(fā)明生成的三維模型本身在光照下呈現(xiàn)出獨特效果，該三維模型智能數(shù)字化生成方 法可控制陰影的投影角度、呈現(xiàn)出的陰影形狀。
[0024] 本發(fā)明方法的隱藏二維信息步驟中，在形成多個枝條后還隨機對每個枝條在第三 維方向進行貝塞爾曲線扭曲形成弧度或延伸新的枝杈，再對三維點云數(shù)據(jù)進行透視投影變 換從而將二維陰影圖片的信息隱藏在三維模型中；這樣能夠使得二維陰影圖片信息更加隱 蔽地隱藏在三維模型中，可實現(xiàn)二維陰影圖片信息的完全隱藏，并能夠在增加隱藏信息的 程度且不影響二維陰影的情況下，構(gòu)建造型各異的三維模型。
[0025] 本發(fā)明所述方法還可以通過控制生成的三維模型的形狀，改變隱藏的二維陰影信 息并且改變其通過光照投射出的具有特定的含義的陰影形狀。本發(fā)明提供的方法，可以實 現(xiàn)通過對單張照片或圖片轉(zhuǎn)換的二維陰影進行上述處理并且生成三維模型并可以進一步 實現(xiàn)三維模型打印，即實現(xiàn)隱藏二維陰影信息的三維模型的生成和打??；可以實現(xiàn)自定義 隱藏的二維陰影信息；還可以實現(xiàn)同一照片或圖片生成不同形狀的三維模型，但通過光照 投射出的二維陰影信息保持一致；并且提高三維建模和后續(xù)3D打印的效率、增強其處理實 時性，擴展3D智能數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
[0026] 進一步，在生成二維陰影步驟中通過調(diào)整相應(yīng)的第一閥值控制黑白圖片信息中的 黑白二值數(shù)據(jù)比例以生成不同的二維陰影圖片，進而可以控制生成不同形狀的三維模型； 在構(gòu)造三維模型步驟中利用二維陰影圖片的信息中的每個像素的RGB合成值賦予對應(yīng)的 第三維坐標的坐標值，并且通過調(diào)整相應(yīng)的第二閥值控制生成第三維坐標的不同坐標值， 進而以生成不同基本輪廓形狀的三維模型；在隱藏二維信息步驟中通過選取相應(yīng)的第三閥 值和第四閾值分別控制分條、疊加形成的枝條的條數(shù)和層數(shù)，結(jié)合隨機貝塞爾曲線扭曲、隨 機延伸生成枝杈以及三維點數(shù)據(jù)透視投影變換，可以實現(xiàn)在生成的三維模型中更好的隱藏 二維陰影信息以及構(gòu)建不同形狀的三維模型。
[0027] 更進一步，本發(fā)明基于二維陰影信息生成進而打印的三維模型具有藝術(shù)欣賞價 值。
[0028] 本發(fā)明涉及的基于二維陰影信息的三維模型智能數(shù)字化生成系統(tǒng)，包括依次連接 的生成二維陰影模塊、構(gòu)造三維模型模塊和隱藏二維信息模塊，通過各模塊配合工作，實現(xiàn) 單張照片或圖片轉(zhuǎn)換為二維陰影圖片，并在構(gòu)造三維模型后將二維陰影圖片信息隱藏在三 維模型中；實現(xiàn)隱藏二維陰影信息的三維模型通過光照的角度投射呈現(xiàn)的陰影為原始圖片 或照片的形狀。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明基于二維陰影信息的三維模型智能數(shù)字化生成方法的流程圖。
[0030] 圖2為本發(fā)明基于二維陰影信息的三維模型智能數(shù)字化生成方法的優(yōu)選流程圖。
[0031] 圖3a為原始照片，圖3b為圖3a轉(zhuǎn)換的二維陰影圖片。
[0032] 圖4為本發(fā)明所述方法生成的三維模型的優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 圖5為本發(fā)明所述方法生成的三維模型的另一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖6為本發(fā)明所述方法生成的三維模型通過光照投射出的陰影形狀的優(yōu)選示意 圖。
[0035] 圖7為本發(fā)明所述方法生成的三維模型通過光照投射出的陰影形狀的另一種優(yōu) 選示意圖。
[0036] 圖8為本發(fā)明基于二維陰影信息的三維模型智能數(shù)字化生成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037] 圖中各標號列示如下：
[0038] 1 一生成的三維模型；2 -底座；3 -光照；3a -光照；3b -光照；4 一二維陰影形 狀；4a -二維陰影形狀；4b -二維陰影形狀。

【具體實施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行說明。
[0040] 本發(fā)明涉及一種基于二維陰影信息的三維模型智能數(shù)字化生成方法，其流程圖如 圖1所示，具體包括以下步驟：
[0041] 生成二維陰影步驟，利用圖形處理技術(shù)將圖片或照片轉(zhuǎn)換為二維陰影圖片，所述 二維陰影圖片包括黑白圖片信息；
[0042] 構(gòu)造三維模型步驟，將二維陰影圖片中的各像素生成二維點云數(shù)據(jù)，并賦予第三 維坐標數(shù)據(jù)，再重新序列化三維點云數(shù)據(jù)從而形成三維模型；
[0043] 隱藏二維信息步驟，將三維點云數(shù)據(jù)在二維方向上進行分條處理并在第三維方向 上進行疊加處理以形成多個枝條，再對三維點云數(shù)據(jù)進行透視投影變換從而將二維陰影圖 片的信息隱藏在三維模型中。
[0044] 下面對本發(fā)明的一種基于二維陰影信息的三維模型智能數(shù)字化生成方法的具體 步驟進行詳細說明。其優(yōu)選流程如圖2所示。
[0045] 1、生成二維陰影步驟
[0046] 1)載入圖片或照片（通常為彩色），以下以圖片為例，如圖3a所示的原始圖片；
[0047] 2)轉(zhuǎn)換為二維陰影圖片
[0048] 識別彩色圖片中的RGBA顏色數(shù)據(jù)信息，通過識別圖片中的每一個像素點的RGBA 彩色信息，通過公式1對RGB每種顏色值計算得到RGB合成值rgb的值：
[0049]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于二維陰影信息的三維模型智能數(shù)字化生成方法，其特征在于，所述方法包 括下述步驟： 生成二維陰影步驟，利用圖形處理技術(shù)將圖片或照片轉(zhuǎn)換為二維陰影圖片，所述二維 陰影圖片包括黑白圖片信息； 構(gòu)造三維模型步驟，將二維陰影圖片中的各像素生成二維點云數(shù)據(jù)，并賦予第三維坐 標數(shù)據(jù)，再重新序列化三維點云數(shù)據(jù)從而形成三維模型； 隱藏二維信息步驟，將三維點云數(shù)據(jù)在二維方向上進行分條處理并在第三維方向上進 行疊加處理以形成多個枝條，再對三維點云數(shù)據(jù)進行透視投影變換從而將二維陰影圖片的 信息隱藏在三維模型中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述隱藏二維信息步驟中，在形成多個枝 條后還隨機對每個枝條在第三維方向進行貝塞爾曲線扭曲形成弧度或延伸新的枝杈，再對 三維點云數(shù)據(jù)進行透視投影變換從而將二維陰影圖片的信息隱藏在三維模型中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在生成二維陰影步驟中通過在0? 255的范圍內(nèi)調(diào)整第一閥值控制所述黑白圖片信息中的黑白二值數(shù)據(jù)比例以生成不同的二 維陰影圖片。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在構(gòu)造三維模型步驟中利用二維陰影 圖片中的每個像素的RGB合成值賦予對應(yīng)的所述第三維坐標的坐標值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在構(gòu)造三維模型步驟中通過在0?255的 范圍內(nèi)調(diào)整第二閥值控制生成所述第三維坐標的不同坐標值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在隱藏二維信息步驟中通過在0? 10的范圍內(nèi)選取第三閥值控制所述分條形成的枝條條數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在隱藏二維信息步驟中通過在0? 10的范圍內(nèi)選取第四閥值控制所述疊加形成的枝條層數(shù)。
8. -種基于二維陰影信息的三維模型智能數(shù)字化生成系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連 接的生成二維陰影模塊、構(gòu)造三維模型模塊和隱藏二維信息模塊， 所述生成二維陰影模塊先利用圖形處理技術(shù)將圖片或照片轉(zhuǎn)換為二維陰影圖片； 所述構(gòu)造三維模型模塊將二維陰影圖片中的各像素生成二維點云數(shù)據(jù)，并賦予第三維 坐標數(shù)據(jù)，重新序列化三維點云數(shù)據(jù)從而形成三維模型； 所述隱藏二維信息模塊將三維點云數(shù)據(jù)在二維方向上進行分條處理并在第三維方向 上進行疊加處理以形成多個枝條，再對三維點云數(shù)據(jù)進行透視投影變換從而將二維陰影圖 片的信息隱藏在三維模型中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述隱藏二維信息模塊是在形成多個枝 條后還隨機對每個枝條在第三維方向進行貝塞爾曲線扭曲形成弧度或延伸新的枝杈，再對 三維點云數(shù)據(jù)進行透視投影變換從而將二維陰影圖片的信息隱藏在三維模型中。
【文檔編號】G06T17/00GK104091366SQ201410342865
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】李林, 張緒祺, 蘇芮 申請人:北京毛豆科技有限公司