3d建模的对象的纹理化的制作方法

文档序号:9922507阅读:904来源:国知局
3d建模的对象的纹理化的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及计算机程序和系统的领域,并且更具体地,设及用于设计表示实际对 象的3D建模的对象的方法、系统和程序。
【背景技术】
[0002] 市场上提供了很多系统和程序用于对象的设计、工程和制造。CAD是计算机辅助设 计的缩写,例如,其设及用于设计对象的软件解决方案。CAE是计算机辅助工程的缩写,例 如,其设及用于模拟未来产品的物理行为的软件解决方案。CAM是计算机辅助制造的缩写, 例如,其设及用于定义制造过程和操作的软件解决方案。在运样的计算机辅助设计系统中, 图形用户接口在技术的效率方面起到重要作用。运些技术可W嵌入到产品生命周期管理 (PLM)系统内。PLM是指如下商业策略:其在整个扩展企业的概念中,帮助公司从产品的立意 到其寿命的终止来共享产品数据,应用公共过程,并利用企业知识W用于产品的开发。 [000引达索系统(DASSAULT SYSTEMS)提供的化M解决方案(商标为CATIA、EN0VIA和 DELMIA)提供了组织产品工程知识的工程中,IMEngineering化b);管理制造工程知识的制 造中屯、(Manufacturing Hub); W及能使企业整合并连接至工程和制造中屯、的企业中屯、 化nterpriSe化b)。所有在一起,该系统交付一种链接产品、过程、资源的开放对象模型,W 实现动态的、基于知识的产品创造、W及决定支持,驱动优化的产品定义、制造准备、生产和 服务。
[0004]在该上下文中,计算机视觉和计算机图形学的领域提供越来越有用的技术。实际 上,该领域具有的申请设及3D重建、3D模型纹理化、虚拟现实、和需要使用例如一组照片中 的信息作为输入来精确建立具有准确的几何形状的3D场景的所有领域。3D纹理化能够被用 于设及创建纹理化的3D模型的任何领域,诸如严肃游戏、视频游戏、建筑、考古、逆向工程、 3D资产数据库、或者虚拟环境。取决于用于输入数据的传感器的类型,根据视频流和照片集 分析的3D重建在目前工艺水平中W2个不同的方法进行处理。
[000引第一方法使用"接收器"传感器。运显著地设及根据RGB图像分析的3D重建。此处, 通过对包含在每个图像平面的RGB颜色信息的多视点分析来获得3D重建。下面的论文设及 该方法:
[0006] R.化;Ttley和A.Zisse;rman:Multiple View Geomehy in Computer Vision,剑桥 大学出版社2004;
[0007] R.Szeliski:Computer Vision!Algorithms and Applications,Springer片反 2010;W 及
[0008] 0.Faugeras:Three-Dimensional Computer Vision:A Geometric viewpoint, M口出版社1994。
[0009] 第二方法使用"发射器-接收器"传感器。运显著地设及根据RGB深度图像分析的3D 重建。运种传感器给出了到标准RGB数据的附加的深度数据,并且在重建过程中主要使用的 是深度信息。下面的论文设及该方法:
[0010] 化n Qii等人:3D Siape Scanning with a Time-of-Fli曲t Camera,CVPR 2010;
[0011] RS. Izadi 等人:Kinect Fusion : Real-T ime Dense Surface Mapping and Tracking JSMAR研讨会2011; W及
[0012] R.Newcombe等人:Live Dense Reconstruction with a Single Moving Camera, IE邸ICCV 2011。
[0013] 此外,若干学术和产业人员现在提供了通过RGB图像分析的3D重建的软件解决方 案,诸如Acute3D、Autodesk、VisualSFM;或者通过RGB-深度分析的3D重建的软件解决方案, 诸如ReconstructMe或者微软的Kinect (注册商标)的SDK。
[0014] 多视点摄影测量重建方法使用包括在视频序列的图像平面(或者一系列快照)中 的唯一信息,W便于估计场景的3D几何形状。对2D视点中的不同视点之间关注点的匹配会 产生相机的相对位置。然后,使用优化的=角测量来计算与匹配对相对应的3D点。深度图分 析重建方法基于视差图(disparity map)或者近似的3D点云。运些视差图是使用立体视觉 或者结构光(例如参见Kinect设备)或者"飞行时间"3D相机来获得的。然后,运些目前工艺 水平的重建方法典型地输出实际对象的离散3D表示,最常见的是3D网格。3D模型是从封闭 了所产生的3D点云的最终的体中导出的。
[0015] 从先前技术已知的进一步步骤是生成针对3D网格上的每个多边形的纹理。为了保 证照片真实性,先前技术要求该擅染使用来自同时捕捉场景的高品质设备的标准图像。运 在T.化nusch发表于摄影测量与遥感的ISPRS期刊的A new texture mapping algorithm for photorealistic reconstruction of 3D objects论文中进行了角军释。
[0016] 图I 了示出用于利用照片对3D模型进行纹理化的常用方法,运是公知的投影纹理 映射方法。例如在PiDebeveCiCJayIor和J.Malik发表于SIGGRAPH 1996的Modeling and Rendering Architecture from Photographs: A hybrid geometry-and image-based approach的论文中对该方法进行了描述。该方法使用与2D视图(相对于3D模型)相关联的图 像投影数据来计算到3D模型的映射。图1示出了对于3D网格模型102和校准图像104的运样 的视图相关的3D模型纹理化原则:使用投影纹理映射(由束106表示,根据相机投影矩阵计 算并从光学中屯、108发出)来估计每个=角形顶点的纹理坐标。
[0017]现在,如图2所示,投影到3D模型的纹理质量高度依赖于相机位姿(camera pose) 估计。实际上,图2示出的3D模型纹理化存在问题:在左侧,精确的校准数据允许一致的纹理 104投影到3D模型102,而在右侧,不精确的校准数据会引起纹理104的投影相对于3D模型 102的漂移(drift)。换言之,在快照时对相机旋转(rotation)和平移(translation)的估计 对最终纹理具有很大影响。显然,相机位姿的任何偏移(bias)会转化到重投影(reprojection) 上,并使纹理化过程恶化。在深度图分析方法的情况下,运样的偏移经常非常 显著。其通常源于深度传感器和RGB传感器之间的同步的移位(shift),损坏了相机轨道估 计。但是其还可W源于:来自独立相机的外部拍摄,因为没有对深度传感器的刚性依赖 (rigid dependency)所W不能W足够的精度来估计独立相机与3D模型的相对位置;噪声传 感器,导致不精确的3D模型和相机位姿;3D重建过程的漂移,导致不精确的3D模型;和/或扭 曲的图像,导致到3D模型的不精确的纹理映射。
[0018]在该上下文内,仍然需要用于设计表示实际对象的3D建模的对象的改善的解决方 案。

【发明内容】

[0019] 因此,提供一种用于设计表示实际对象的3D建模的对象的计算机实现的方法。该 方法包括W下步骤:提供表示实际对象并具有顶点的3D网格、纹理图像、W及3D网格的顶点 与纹理图像的像素之间的映射;然后最大化如下形式的概率P ( L ( V )):
n指代3D网格的顶点的数量,而Vi 指代3D网格的顶点。L(Vi)指代在将顶点Vi映射到纹理图像之后要应用的、并在预先确定的 有限集合化)中选择的像素移位。《忘第C…I:襄sJ#辦分…I:轉縱游泌S/))。5? 指代3D网格的多组网格图块(mesh tile)的索引的集合。滅;指代与顶点Vi相关联的代价函 数,并递减地取决于在将顶点Vi映射到所述纹理图像之后应用针对顶点Vi所选择的所述像 素移位的结果遵循所述3D网格的顶点与所述纹理图像的像素之间的预先确定的关系的程 度。Vf指代与3D网格的图块f相关联的代价函数,并取决于针对图块f的顶点所选择的像素 移位之间的全局差异。最大化步骤是利用预先确定的离散马尔科夫随机场优化方案来执行 的。该方案将3D网格和与3D网格的顶点的纹理坐标相关联的像素移位视为能量 -kjg(p供巧))…沁《樹品鷄!與豁柄巧女載嗅K按知汾诞滿的马尔科夫随机场。该方 法还包括根据纹理图像、所述映射、W及最大化步骤的结果对3D网格进行纹理化。
[0020] 该方法可W包括下面中的一个或多个:
[0021] -代价函数 Vf 的形式为 VK IL(Vi)Usf)= I:{i,j}Ep(f)Vi,J(Uvi) ,L(Vj)),其中,P (f)指代图块f的多对顶点的索引的集合,并且预先确定的离散马尔科夫随机场优化方案是 成对的离散马尔科夫随机场优化方案;
[0022] -Vi,j(L(Vi),L(Vj))的形式为
> 其中A指代正标量;
[0023] -3D网格的顶点与纹理图像的像素之间的预先确定的关系实际上是针对所述3D网 格的顶点的3D曲率值与针对所述纹理图像的像素的到所述纹理图像的最近轮廓的距离值 之间的预先确定的关系;
[0024] -低于预先确定的阔值的3D曲率值与所有距离值具有预先确定的关系,而高于预 先确定的阔值的3 D曲率值与根据递增的一到一对应(i n C r e a S i n g O n e -10 - O n e correspondence)的距离值具有预先确定关系;
其中,1£',.:乂指代指示器函数, Cl指代顶点Vi的最大3D曲率,并且C指代正标量,丫指代正标量,Tl化(Vi))指代在将顶点Vi映 射到纹理图像之后应用针对顶点Vi选择的像素移位的结果处的纹理图像的距离转换的值, 所述距离转换是相对于纹理图像的轮廓图像的;
[0026] -轮廓图像是利用应用到纹理图像的化nny边缘检测器来确定的;
[0027] -纹理图像的距离转换是利用相对于纹理图像的轮廓图像应用到纹理图像的倒角 掩膜(chamfer mask)来确定的;和/或
[0028] -3D网格、纹理图像和映射全部是由应用到实际对象的预先确定的从运动中恢复 结构(structure-from-motion)的分析方案输出的,所述映射对应于在从运动中恢复结构 的分析中针对纹理图像确定的位姿相机参数。
[0029] 进一步提供了包括用于执行所述方法的指令的计算机程序。
[0030] 进一步提供了其上记录有计算机程序的计算机可读存储介质。
[0031] 进一步提供了计算机系统,包括禪合至存储器和图形用户接口的处理器,所述存 储器上记录有所述计算机程序。
【附图说明】
[0032] 现在通过非限制性示例的方式并参考附图来描述本发明的实施例,其中:
[0033]图1-2不出了先前技术;
[0034] 图3示出了方法的示例的流程图;
[0035] 图4示出了系统的图形用户接口的示例;
当前第1页1 2 3 4 5 6 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1