专利名称：一种用Micro-CT建立纱线彩色三维模型的方法
技术领域：
本发明涉及一种用Micro-CT建立纱线彩色三维模型的方法。
背景技术：
纱线模型是织物仿真的基础。在二维织物仿真中，纱线的设计主要有三种方法
(I)设置纱线的粗细、长度、节距、颜色、股数、捻度、毛羽等参数，根据一定规律生成纱线图像；(2)利用各种图像编辑工具，交互地编辑纱线图像；(3)用扫描仪或数码相机获取真实的纱线图像，通过图像处理技术进行分割、提取；(4)把纱线图像重叠，添加不透明度和纵深方向的坐标，进行光线跟踪，合成为有深度感觉的纱线图像。二维织物仿真技术在显示织物结构方面存在明显不足，很难反映织物随着环境、光照、观察角度的不同而引起的相应变化，特别是对于纱线较粗的织物，不能很好地模拟织物的外观细节。基于二维纱线模型的织 物仿真，无论从立体感、真实感，还是从结构检查、性能预测方面，都不能满足设计人员的更高需求。传统的三维纱线建模方法是根据纱线参数，设计纱线的截面和中心线，构造纱线的三维模型。纱线的截面可以呈现圆形、椭圆形、直径变化的圆形、超级椭圆、样条曲线等，纱线的截面参数可以从外观测量或交互地在软件中编辑控制点。纱线的中心线可以近似为折线、圆弧结合直线、正弦曲线、Bezier曲线、样条曲线等。沿着纱线中心线，按照一定间隔划分纱线，得到若干截面，连接相邻截面上的对应点，获得纱线的小面片模型，或者用B样条曲面构造纱线。纱线的颜色由人工指定。传统的三维纱线模型是凭经验或者人工交互设计得到的，设计工作量大，与实际纱线很难达到一致，也不能反映实际纱线表面复杂的捻度和毛羽效果，导致模拟的织物效果与实际织造结果在细节上有很大差别，甚至完全失真。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种用Micro-CT建立纱线彩色三维模型的方法，使用Micro-CT扫描真实纱线，建立单根纱线的体模型，再沿纱线中心线路径变形，得到纱线的三维彩色数据模型。这种模型能增强织物仿真效果，表现出纱线的毛羽、捻度，可以应用在纺织工业、虚拟现实、电子商务等领域中优点。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种用Micro-CT建立纱线彩色三维模型的方法，该方法实现步骤如下(I)纱线扫描用Micro-CT扫描系统扫描单根纱线，输出图像，进入步骤(2)；(2)密度体模型建立将步骤(I)中获得的图像文件依次排列，形成三维纱线密度体模型，进入步骤(5);(3)图像采集用平板扫描仪扫描真实的单根彩色纱线，输出图像，进入步骤(4)；(4)读取彩色纱线图像文件中的颜色信息，进入步骤(5)；(5)颜色赋值为了反映纱线的色彩，用赋值算法给纱线密度体模型赋上颜色信息，进入步骤(6)；
(6)体模型变形沿纱线中轴线依次排放分割的纱线横截面，得到纱线体模型。步骤(5)中，所述颜色赋值方法如下(5-1)计算出纱线体数据的包围盒，按照设定的分辨率把纱线包围盒划分成均匀的单元网格；(5-2)初始化体素颜色值为C，体素透明度为密度值，围绕纱线的长轴做平行投影，计算投影的每个像素值；(5-3)由所有像素值计算投影结果的颜色均值，再与扫描图像的颜色均值比较，得到差值s’ S=投影结果的颜色均值-扫描图像的颜色均值，将每个像素的颜色值修改为
C+S ;(5-4)重复(5-2)到(5-3),直到 S=O ； (5-5)绕纱线长轴旋转45°，重复(5-1)到(5-4)，共迭代若干次。步骤(6)中，所述变形方法如下(6-1)将纱线体模型分割为多个纱线横截面； (6-2)沿纱线中轴线将横截面依次排放，使得每个横截面的中心在纱线中轴线上。所述步骤(I)和(3)的图像是*. bmp格式的，也可以是*. jpg格式的或*. png格式的，为了保证图像的质量，优先采用不压缩的*. bmp格式。构成体模型的最小单位是体素，一个体素表示体数据中三维空间某部分的值。体素相当于二维空间中像素的概念。体数据是对传统二维数据的扩展。三维体数据可以认为是由很多张二维图像组成的。Micro-CT (micro computed tomography,微计算机断层扫描技术)，又称微型 CT、显微CT，是一种非破坏性的3D成像技术，可以在不破坏样本的情况下清楚了解样本的内部显微结构。它与普通临床的CT最大的差别在于分辨率极高，可以达到微米(μπι)级别，目前国内一家自主研发Micro-CT的公司已经将分辨率提高到O. 5 μ m，具有良好的“显微”作用。Micro-CT可用于医学、药学、生物、考古、材料、电子、地质学等领域的研究。本发明的有益效果采用计算机断层扫描(computed tomography,CT)对纱线进行三维成像,在不破坏样本的情况下获取了样品内部的三维结构信息，而且Micro-CT的分辨率远高于普通临床CT，可以获得微米(μπι)级的超高分辨率微观结构。基于彩色图像，用赋值算法给纱线密度体模型赋上颜色信息，建立了纱线的彩色三维体模型。与传统的建模方法相比，本方法通过密度体模型建立、颜色赋值、体模型变形之后可以反映实际纱线表面复杂的捻度和毛羽效果；使织物仿真更加真实，表现出纱线的毛羽、捻度，应用在纺织工业、虚拟现实、电子商务等领域中。无论从立体感、真实感，还是从结构检查、性能预测方面，都能满足设计人员的更高需求。
图I为本发明的纱线建模流程图；图2为扫描的CT切片；图3为纱线三维密度体模型；
图4为彩色纱线图片；图5为纱线三维彩色体模型；图6为变形过程说明图。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。为了建立纱线的三维模型，本发明使用Micro-CT扫描真实纱线建立纱线三维密度模型；然后根据真实纱线的彩色图像生成纱线的体模型；最后根据给定的中轴线对纱线体模型进行变形，得到纱线的三维彩色数据模型。本发明使用的Micro-CT系统，最高分辨率可以达到3 μ m，扫描高度可达到70mm。
图I为织物仿真的流程。本发明实施过程如下Stepl :纱线扫描使用Micro-CT扫描系统扫描单根纱线，输出格式为*. bmp。St印2:密度模型建立将全部*. bmp文件排列成纱线三维密度体模型。St印3:图像采集用平板扫描仪扫描彩色纱线，输出格式为*· bmp。Step4 :颜色赋值用赋值算法给纱线密度体模型赋上颜色信息，生成纱线彩色体模型。采用一个预先指定的不透明系数d，像素的透明度a=(255_g)/255*d，其中g是像素的灰度值。赋值算法步骤如下第一步计算出纱线体数据的包围盒，按照设定的分辨率把纱线包围盒划分成均匀的网格单元；第二步绕纱线的长轴做平行投影，对投影面上的每个像素投射一条射线，设有η个单元网格与这条射线相交，其透明度为ai;颜色为Ci，i = 1，···，η。像素值ρ的计算公式为 P = B1C^(I-B1) (a2c2+(l-a2) (a3c3+(l_a3) (...)))；第三步由所有像素值计算投影结果的颜色均值，再与纱线图像的颜色均值进行比较，计算差值S=投影结果的颜色均值一纱线图像的颜色均值，每个像素的颜色值修改为
C+S ;第四步重复第一步至第三步，直到s=0。；第五步为保证得到的数据更真实，围绕纱线长轴，每隔45°做一次平行投影，即重复第一步至第四步，共迭代8次。St印5 :将纱线彩色体模型沿中轴线变形。当纱线中轴线某一曲线段为曲线时，把体模型中轴线映射为同样的曲线，沿曲线排列纱线切片数据，就得到具有弯曲形态的纱线彩色三维体模型。填充过程如图6所示。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式
进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
权利要求
1.ー种用Micro-CT建立纱线彩色三维模型的方法，其特征是，使用Micro-CT扫描真实纱线建立纱线三维密度模型；然后根据真实纱线的彩色图像生成纱线的体模型；最后根据给定的中轴线对纱线体模型进行变形，得到纱线的三维彩色数据模型。
2.如权利要求I所述的ー种用Micro-CT建立纱线彩色三维模型的方法，其特征是，该方法实现步骤如下(1)纱线扫描用Micro-CT扫描系统扫描单根纱线，输出图像，进入步骤(2)；(2)密度模型建立将步骤(I)中获得的图像文件依次排列，形成三维纱线密度模型，进入步骤(5)；(3)图像采集用平板扫描仪扫描真实的单根彩色纱线，输出图像，进入步骤(4)；(4)读取彩色纱线图像文件中的顔色信息，进入步骤(5)；(5)顔色赋值为了反映纱线的色彩，用赋值算法给纱线密度体模型赋上颜色信息，进入步骤(6)；(6)体模型变形沿纱线中轴线依次排放分割的纱线横截面，得到纱线体模型。
3.如权利要求2所述的ー种用Micro-CT建立纱线彩色三维模型的方法，其特征是，步骤(5)中，所述颜色赋值方法如下(5-1)计算出纱线体数据的包围盒，按照设定的分辨率把纱线包围盒划分成均匀的单元网格；(5-2)初始化体素顔色值为C，体素透明度为密度值，围绕纱线的长轴做平行投影，计算投影面上的每个像素值；(5-3)由所有像素值计算投影结果的顔色均值，再与扫描图像的顔色均值比较，得到差值S=投影结果的顔色均值-纱线图像的顔色均值，修改每个像素的顔色值为c+s ；(5-4)重复(5-2)到(5-3),直到 s=0 ；(5-5)围绕纱线长轴依次旋转45°，重复(5-1)到(5-4)，共迭代若干次。
4.如权利要求2所述的ー种用Micro-CT建立纱线彩色三维模型的方法，其特征是，步骤(6)中，所述变形方法如下(6-1)将纱线体模型分割为多个纱线横截面；(6-2)沿纱线中轴线将横截面依次排放，使得每个横截面的中心在纱线中轴线上。
全文摘要
本发明公开了一种用Micro-CT建立纱线彩色三维模型的方法，首先由Micro-CT扫描的纱线切片图像建立纱线的三维密度模型；然后根据真实纱线的彩色图像生成纱线的体模型；最后根据给定的中轴线对纱线体模型进行变形，得到纱线的三维彩色数据模型。这种方法建立的纱线三维彩色数据模型，能增强织物仿真的效果，表现出纱线的毛羽、捻度，可以应用在纺织工业、虚拟现实、电子商务等领域中。
文档编号G06T17/00GK102831643SQ20121035155
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月20日 优先权日2012年9月20日
发明者潘荣江 申请人:山东大学