专利名称：扫描分解法雕刻立体人像及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种雕刻立体人像的方法及其设备，特别是一种利用扫描分解雕刻立体人像的方法及其设备。用这种方法及其设备可以为现有任何人塑像。
因为代表人体面貌特征的主要部分是人的头部，所以这里仅以头部雕塑为例说明本发明的原理，本发明是以下述方式完成的按照给地球划分经度和纬度的方法给人的头部画出经纬度，假设站立的人体中心有一条垂直于地平面的中心轴线贯串上下，以这条轴线为中心，在人体表面按不同经度和纬度分布了许多经线和纬线，与地平面平行围绕在人体表面的环状线为纬线，与中心轴线的两头相交，在人体表面呈纵向的线为经线，这样人体表面上的每个点都有其相应的经纬度。本发明的方法有两种1、分解经线雕刻法雕刻立体人像，2、分解纬线雕刻法雕刻立体人像，这里先介绍第一种方法。用扫描光线围绕人体扫描一周，在头部360度经度内分解出720条紧密分布的附着在人体表面上的经线光线，由于入的面部凹凸不平，所以附着在人体表面的每条经线光线相对于中心轴线都是高低不平的曲线，正如地球一样，同一经度上纬度不同的地方既可能有高山和狭谷，又可能有丘陵和平原，人的面貌如胖瘦、美丑、喜怒哀乐的表情，五官的大小和位置等都被分解在这些相对于中心轴线高低不平的经线上。用摄像机拍摄记录下每条经线上不同纬度的每个点的高度，并送给计算机处理，计算机把这些经线逐条播放，把每条经线上不同纬度的每个点的高度，转换成相应的指令，指示机械刻刀在圆柱状坯料的某一经度上，雕刻出深浅不等的含有人体面貌信息的经线。像这样，在与人体相对应的经度上，逐条雕刻出扫描得到的相应的经线，圆柱状坯料就会被雕刻成一尊与被雕塑者面貌相同的立体像。扫描的经线越细，得到的经线越多，雕刻出的像也就越逼真。
与现有技有技相比，本发明有以下优点1、用电子计算机指挥机械刻刀雕刻立体人像省时、省力。2、雕刻出的像与本人相比失真小。3、扫描记录时间较短，面部不受定型胶的压迫，被雕塑者可以充分展示自己的精神面貌，并可以真实再现。4、能够很容易雕刻出不同尺寸的立体像。5、可以用本发明的方法和设备对已有的塑像和泥塑稿件等进行复制、放大或缩小。6、对操作人员技术要求低，对快速普及有利。7、塑像成本低，使普通消费者也可以很容易为自己塑像。
图1、2、3是扫描光线在人体面部成像经线的示意图。
图4是摄像机拍摄记录经线图像的俯视图。
图5是四组扫描拍摄装置同时工作的俯视图。
图6是对经线进雕刻的机械设备结构示意图。
图7是计算机用座标对每条经线处理的示意图。
图8是扫描光源对人体进行纬线分解俯视图。
图9是四架摄像机分别拍摄的纬线又合成在坐标里的纬线图像。
图10是对纬线进行雕刻的机械设备结构示意图。
参照图4，用摄像机[7]对着光线平面[4]拍摄，就可以把经线上不同纬度的每个点到中心轴线[3]之间的距离(即高度)拍摄记录下来，但有些经线上凹陷的部分如面部皱纹的沟底部位是不能拍到的，解决这个问题的方法是，摄像机[7]采用广角镜头，让经线成像在所拍画面的边缘部分，如图4所示，使进入摄像机[7]的反射光线与光线平面[4]形成的夹角[α]小于90度，最好在30度至60度之间，这样面部凹陷的部分也可以拍摄到。
扫描光源[1]照射在中心轴[2]上的光线与经线一起被拍摄下来，以此作为高度的基准，就象以海平面为基准测量地面高度一样。
按照上述拍摄方法，摄像机[7]与扫描光源[1]围绕人体头部同步匀速转动一周，在人体表面被分解出720条经线，每条经线占360度线度的0.5度。由于扫描记录需要一定的时间，时间越长人的身体就会越不稳定，这样雕刻出的立体像就会失真，可以在头部后面加一个椅靠加以解决(图中未画出)，同时应尽量缩短扫描记录时间，可用多组扫描光源和摄像机间隔一定角度同时工作，如图5，[A7]、[B7]、[C7]、[D7]是四架摄像机，[A1]、[B1]、[C1]、[D1]是与摄像机对应的四个扫描光源，它们顺时针同步转动90度，就可以完成全部扫描记录过程。由于人的鼻子相对于面部的其它地方特别突出，特别是西方人，当经线在鼻子一边而摄像机在鼻子的另一边时，经线中的一部分会被高耸的鼻子挡住，为了解决这个问题，以面部正中为界，摄像机[A7]置于扫描光源[A1]的前面，记录从[A1]到[B1]之间的经线，而摄像机[D7]置于扫描光源[D1]的后面，记录从[D1]到[A1]的经线，这样鼻子两边的经线分别被两架摄像机从两边摄取，就不会被挡住。
拍摄过程应在暗室里进行，除扫描光源[1]外，无其它光源发光。
在本发明中经线上的灰度信号是没有用的，有用的只是经线的形状，所以应提高部分人体表面的反光强度，例如将黑色头发上戴上白套，将眉毛、胡须涂成白色等，当然，头发也可以象理发一样手工雕塑，因为需要什么样的发型可根据被雕塑者要求而定。参照图6、7，说明计算机自动雕刻的过程，[8]是机械雕刻装置的机架，圆柱状坯料[9]围绕中心轴线[10]向同一方向间歇转动，每雕刻完一条经线转动一次，每转动一次就进一条经线所占的角度0.5度，[11]是在坯料[9]上刻出的一半立体人像。麻花钻头刻刀[12]在微型电动机[13]带动下高速旋转，直线电动机[15]既按计算机的指令沿轨道[16]上下往复运动，同时还通过轴[14]带动刻刀[12]按指令左右移动，刻刀[12]的尖部始终指向中心轴线[10]。摄像机[7]拍摄的经线图像在电子计算机显示器上逐条播放，并放在如图7所示的座标里，纵座标表示纬度，横座标表示高度，中心轴线[3]与纵座标线重合。计算机用一条扫描线[17]对座标里的经线从下到上不同纬度进行扫描，直线电动机[15]按指令与扫描线[17]同步从下到上运动。通过扫描，计算机把经线上不同纬度的每个点的高度转换成相应的指令，指挥直线电动机[15]带动刻刀[12]左右移动。扫描光线[17]在座标里扫描一遍，刻刀[12]就按指令在坯料[9]上雕刻出一条与座标里的经线内容相同的经线，然后坯料[9]转动0.5度、计算机同时更换一场座标里的经线，对另一条经线扫描，并指挥刻刀[12]雕刻这一条经线。象这样，在坯料[9]与比被雕塑者[6]相对应的经度上，按顺序逐条雕刻出含有人体面貌信息的经线，圆柱状坯料[9]最终被雕刻成一尊与本人精神面貌完全相同的立体像。按比例改变横座标和纵座标的尺寸，可以雕刻出不同尺寸的立体像。雕刻出的立体像有刻刀的痕迹，可以用砂布轻轻打磨掉。有些部位刻刀[12]并不能雕刻出来，需要手工来帮助，如耳朵后的部位和嘴巴下的某个部位，由于这些部位不在面部主要地方，所以不会影响主体的面貌。
以上是用分解经线雕刻法雕刻立体人像，以下参照上述方法说明第二种方法用分解纬线雕刻法雕刻立体人像。
参照图8，在被雕塑者前后左右有四个横向放置的扫描光源[1]，它们发出的平面光线都处于同一平面[4]，并平行于地平面，同时向被雕塑者照射，在人体某一纬度上形成附着在人体表面上的环状的纬线[18]，四架广角镜头摄像机[A7]、[B7]、[C7]、[D7]在四个扫描光源[A1]、[B1]、[C1]、[D1]的下方对着这个光线平面[4]拍摄，并以中心轴线[3]为中心，各拍光线平面[4]的四分之一面积，环绕在人体表面的纬线[18]被四架摄像机分割摄取，然后由计算机把四幅图像合成一幅完整的纬线图像[18]，参照图9，这等于对人体的外围轮廓进行断层扫描，这条纬线[18]反映出人体某一纬度上不同经度的每个点到中心轴线[3]之间的距离即高度，按照上述拍摄纬线图像的方法，四个扫描光源与四架摄像机从下到上同步动作，通过对人体不同纬度进行断层扫描记录，在人体表面分解出720条紧密分布的附着在人体表面的纬线，这些纬线上含有人体面貌的信息。计算机把四架摄像机拍摄的画面合成后逐场播放，纬线[18]在计算机的坐标里以中心轴线即座标原点为中心，顺时针均速转动，把纬线[18]的每个点的高度转换成相应的指令指挥刻刀左右移动。参照图10，机械雕刻设备的结构与图6基本相同，但工作程序却不一样。圆柱状坯料[9]以中心轴线[10]为中心，按计算机的指令与座标里的纬线同步移动，刻刀[12]按计算机的指令左右移动，在坯料[9]上雕刻出含有人体面貌信息的纬线。[11]是已刻出的一半立体人像。座标里的纬线和坯料[9]同步移动一周，刻刀[12]就雕刻出一条纬线，然后刻刀[12]随直线电动机[15]沿轨道[16]从下向上移动一条纬线所占的纬度，座标里的纬线同时更换一条，刻刀[12]再按计算机的指令雕刻新的一条纬线，象这样在坯料[9]与人体对应的纬度上逐条雕刻出扫描得到的含有人体面貌信息的纬线，坯料[9]就被雕刻成一条与被雕塑者面貌相同的立体像。
权利要求
1.一种扫描分解法雕刻立体人像及其设备，其特征在于先用竖向放置的扫描光源[1]围绕人体做360度扫描，在人体表面平均分解出720条紧密分布的并附着在人体表面上的经线，摄象机[7]与扫描光源同步转动，对分解出的经线逐条拍摄，把每条经线上不同纬度的每个点的高度记录下来，然后输送给计算机，计算机用扫描线[17]对座标里的经线从下到上进行扫描，把经线上不同纬度的每个点的高度按座标转换成相应的指令，指挥刻刀[12]在随扫描线[17]同步上下运动的同时还左右移动，在圆柱状坯料[9]与人体相对应的经度上逐条雕刻出扫描得到的含有人体面貌信息的经线，使坯料[9]被雕刻成一尊与被雕刻者面貌相同的立体像。
2.一种扫描分解法雕刻立体人像及其设备，其特征在于先用四个横向放置的扫描光源对人体从下到上进行扫描，在人体表面分解出720条紧密分布的附着在人体表面的纬线，四架摄像机与四个扫描光源同步动作，对分解出的纬线逐条拍摄，把纬线上不同经度的每个点的高度纪录下来，然后送给计算机处理，计算机把纬线放在座标里，并使纬线以座标原点为中心匀速转动，把纬线上不同经度的每个点的高度转换成相应的指令，指挥刻刀[12]在坯料[9]与人体相对应的纬度上，逐条雕刻出扫描得到的含有人体面貌信息的纬线，使坯料[9]被雕刻成一尊与被雕塑者面貌相同的立体像。
3.根据权利要求1或2所述的一种扫描分解法雕刻立体人像及其设备，其特征在于扫描光源[1]发出的是一缕厚薄均匀的厚度低于1毫米的平面光线。
4.根据权利要求1或2所述的一种扫描分解法雕刻立体人像及其设备，其特征在于附着在人体表面的经线或纬线，既含有经纬度的位置信息，又含有每个点的高度信息。
5.根据权利要求1或2所述的一种扫描分解法雕刻立体人像及其设备，其特征在于用广角镜头摄像机[7]对着扫描光线的平面[4]拍摄，并使进入摄像机[7]的经线光线或纬线光线与扫描光线的平面[4]形成的夹角[α]在30度到60度之间，以避免经线或纬线中凹陷的部分被面部凸出的部分挡住。
6.根据权利要求1或2所述的一种扫描分解法雕刻立体人像及其设备，其特征在于机械自动雕刻装置主要由计算机和机架[8]刻刀[12]电动机[13]直线电动机[15]轨道[16]组成。
全文摘要
本发明公开了一种用计算机自动雕刻立体人像的方法及设备，用该方法及设备可以为现有任何人塑像。方法是用扫描光线对人体快速扫描，分解出若干条附着在人体表面的经线或纬线，人的面貌如胖瘦、美丑等都被分解在这些经线和纬线上，用摄影机记录下这些经线或纬线并输送给计算机处理，机械雕刻装置的刻刀按计算机的指令，在圆柱状坯料与人体对应的经度和纬度上，逐条经线或纬线雕刻，坯料就被雕刻成一尊与人体面貌相同的立体像。
文档编号B44B1/02GK1432481SQ0210991
公开日2003年7月30日 申请日期2002年1月9日 优先权日2002年1月9日
发明者李小平 申请人:李小平