花朵建模装置以及花朵建模方法
【专利摘要】一种花朵建模装置，包括：接收模块、分析模块以及建模模块。其中，接收模块，用于接收花朵图片；分析模块，用于对所述花朵图片进行语义分析以获取分析数据；以及建模模块，用于根据分析数据以及花瓣模板建立初始模型，并对所述初始模型进行校正以获取校正模型，对所述校正模型进行调整以获取完善模型，根据分析数据建立纹理模型，并根据纹理模型对所述完善模型进行纹理映射，输出花朵模型。
【专利说明】花朵建模装置以及花朵建模方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机图形学，尤其涉及一种花朵建模装置及花朵建模方法【背景技术】
[0002]植物三维建模因其广泛的应用，几十年来一直是计算机图形学研究的重点。然而以往的大量工作都集中在结构性模型如树木的研究上，而对于花朵建模的工作相对很少。其中很重要的原因是花朵的核心器官花朵的结构复杂性和多样性使得无法得到一个统一的自动建模技术以满足不同的要求。
[0003]已有的方法都是基于用户手动交互的方式进行花朵建模。用户可以通过手绘的方式粗略地控制部件如花瓣，花蕊的模型制作，生成的部件模型都是规则的参数化曲面。然后将这些部件模型通过一定的规则或者手动摆放的一起，形成一朵花的模型。比较著名的是日本学者隆井尻等人开发的基于花序和花程式的交互式建模系统。该系统包括花部件的建模系统，花程式编辑系统以及花序选择界面。用户可以在花部件建模界面中制作花的部件，如花瓣，叶子，花蕊等，通过勾画轮廓或者调整参数可以制作出不同的部件模型，然而这些模型都是规则的参数化曲面。花程式是花的一种表示形式。通过调整花程式编辑系统中的代表各个部件的二维图形的位置，用户可以调整整朵花的结构。这样一朵花就生成了。花序是花朵在整个植物上的空间排列，到目前为止，由植物学家统计出来的花序有22种。用户可以选择花序来生成由多个花朵组成的花簇模型。
[0004]由于花朵模型复杂，特别是多层花朵，所以用户在建模过程中通常需要一个花朵的参照，例如花朵实物，更常见的是花朵的照片。已有的系统没有提供给用户直接利用参照物的途径，用户只能通过边观察边建模的间接方式进行建模。这种建模方式效率十分低下，对于没有建模基础或者初学者而言，要制作理想的花朵模型几乎无法实现。
[0005]另外，利用二维的界面交互式制作三维的物体，用户无法很好的控制建模过程，需要不断的多视角调整，才能得到稍微满意的结果，但是无法达到与参照相同或相似的效果。
[0006]由于已有的技术制作出的部件模型都是由规则曲面表示，所以视觉效果不逼真，无法达到用户想要的精度。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，有必要提供一种花朵建模装置及花朵建模的方法，提高建模的效率以及模型精度。
[0008]本发明提供的花朵建模装置，包括:接收模块、分析模块以及建模模块。其中，接收模块，用于接收花朵图片；分析模块，用于对所述花朵图片进行语义分析以获取分析数据；以及建模模块，用于根据分析数据以及花瓣模板建立初始模型，并对所述初始模型进行校正以获取校正模型，对所述校正模型进行调整以获取完善模型，根据分析数据建立纹理模型，并根据所述纹理模型对所述完善模型进行纹理映射，输出花朵模型。
[0009]本发明提供的花朵建模的方法，包括:接收花朵图片；对所述花朵图片进行语义分析以获取分析数据；根据所述分析数据以及花瓣模板建立初始模型；对所述初始模型进行校正以得到校正模型；对所述校正模型进行调整以获取完善模型；以及建立纹理模型，并根据所述纹理模型对所述完善模型进行纹理映射，输出花朵模型。
[0010]本发明所提供的花朵建模装置及花朵建模的方法，提高花朵建模的效率以及花朵模型精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明一实施方式中花朵建模装置的模块图；
[0012]图2为本发明一实施方式中花朵建模的方法的流程图；
[0013]图3为图2中步骤S210的具体步骤图。
【具体实施方式】
[0014]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0015]在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0016]请参阅图1，图1所示为本发明一实施方式中花朵建模装置10的模块图。
[0017]在本实施方式中，花朵建模装置10包括:接收模块110、分析模块120、建模模块130以及存储模块140。
[0018]在本实施方式中，接收模块110用于接收花朵图片；
[0019]分析模块120用于对所述花朵图片进行语义分析以获取分析数据。
[0020]在本实施方式中，所述分析模块120获取的所述分析数据包括:所述花朵图片中的花朵区域与花朵相关区域、花瓣区域与轮廓、花瓣中心线以及花瓣纹理。
[0021]在本实施方式中，所述分析模块120获取的所述分析数据还包括:花瓣相互之间的遮挡与空间次序。
[0022]在本实施方式中，存储模块140用于存储花瓣信息，包括花瓣模板、花蕊模板等。
[0023]建模模块130用于根据分析数据以及花瓣模板建立初始模型，并对所述初始模型进行校正以获取校正模型，对所述校正模型进行调整以获取完善模型，根据分析数据建立纹理模型，并根据所述纹理模型对所述完善模型进行纹理映射，输出花朵模型。
[0024]在本实施方式中，所述建模模块130根据所述花瓣区域与轮廓、所述花瓣相互之间的遮挡与空间次序建立花瓣模型。在本实施方式中，
[0025]在本实施方式中，建模模块130估算花瓣位置与朝向，并根据所述花瓣模板以及所述花瓣位置与朝向建立初始模型。
[0026]在本实施方式中，建模模块130分析所有花瓣与某一平面呈相同或是相似的角度，并且花瓣的中心线也具有相似的长度，且建模模块130对花瓣的曲线近似估计，得到花瓣深度变化的大概比例。建模模块130根据花瓣中心线以及花瓣深度变化的大概比例估算三维平面的法向以及花瓣与该法向的角度，确保所有花瓣的三维中心线均处于由所述法向和所述角度所确定的一个锥面上，以便得到花朵初始三维结构框架，根据图片中花瓣的朝向、所估算出的花瓣三维中心线以及所述三维平面法向估算待建花瓣模型的三个主方向。通过将从存储模块140中选中的花瓣模板的三个主方向与所估算出的所有的待建花瓣模型的三个主方向相匹配，得到花朵模型。初始模型由若干花瓣模板组成。花瓣模型由多个待建花瓣模型组成。
[0027]在本实施方式中，所述待建花瓣的三个主方向与花瓣模板的三个主方向 对应。
[0028]所述建模模块130对所述花瓣模型与所述花瓣轮廓进行匹配，并结合由分析模块120得到的花瓣之间的遮挡和层次关系对所述花瓣模型进行三维曲面变形以校正所述初始模型得到校正的与图片中花瓣视觉上接近的模型。
[0029]在本实施方式中，建模模块130对用户指定需要建模的花瓣外的其他区域进行建模并自动调整获取完善模型。例如，用户需要对花蕊区域进行建模时，通过将从存储模块140中选中的花蕊模板以及所述分析数据中的花蕊数据进行匹配并建模，以得到完善模型。
[0030]在本实施方式中，匹配与三维曲面变形与花瓣模型的建立过程相同，在此不做赘述。
[0031]在本实施方式中，建模模块130对花朵的各个组件建立纹理模型，其中纹理模型对花瓣、花蕊进行着色。其中，建模模块130将所有花瓣对应于一个标准花瓣，所有花瓣的颜色对应于标准花瓣的相应位置，标准花瓣具有正反两面，如果标准花瓣上的每个位置均有颜色值，建模模块130将对其进行估计得到一个平滑的颜色模型和一个噪声模型，利用该平滑的颜色模型和噪声模型我们对花瓣进行着色。如果标准花瓣上的模型位置没有颜色，则建模模块130根据对称性和相邻连续性对这些位置估计颜色，输出花朵模型。
[0032]请参阅图2，图2所示为本发明一实施方式中花朵建模的方法的流程图。
[0033]在本实施方式中，花朵建模的方法包括以下步骤:
[0034]在步骤S200，接收模块110接收花朵图片。
[0035]在步骤S210，分析模块120对所述花朵图片进行语义分析以获取分析数据。在本实施方式中，所述分析数据包括:所述花朵图片中的花朵区域与花朵相关区域、花瓣区域与轮廓、花瓣中心线、花瓣纹理以及花瓣相互之间的遮挡与空间次序。
[0036]在步骤S220，建模模块130根据所述分析数据以及花瓣模板建立初始模型。
[0037]在本实施方式中，建模模块130根据所述花瓣区域与轮廓、所述花瓣相互之间的遮挡与空间次序建立花瓣模型，建模模块130估算花瓣位置与朝向，建模模块130根据花瓣模板以及所述花瓣位置与朝向建立初始模型。
[0038]在本实施方式中，存储模块140用于存储花瓣信息，包括花瓣模板、花蕊模板等。
[0039]在本实施方式中，建模模块130分析所有花瓣与某一三维平面呈相同或是相似的角度，并且花瓣的中心线也具有相似的长度，且建模模块130对花瓣的曲线近似估计，得到花瓣深度变化的大概比例。建模模块130根据花瓣中心线以及花瓣深度变化的大概比例估算三维平面的法向以及花瓣与该法向的角度，确保所有花瓣的三维中心线均处于由所述法向和所述角度所确定的一个锥面上，以便得到花朵初始三维结构框架，根据图片中花瓣的朝向、所估算出的花瓣三维中心线以及所述三维平面法向估算待建花瓣模型的三个主方向。通过将从存储模块140中选中的花瓣模板的三个主方向与所估算出的所有的待建的花瓣模型的三个主方向相匹配，得到初始模型。初始模型由若干花瓣模板组成。花瓣模型由多个待建花瓣模型组成
[0040]在本实施方式中，所述的待建花瓣的三个主方向与花瓣模板的三个主方向一一对应。
[0041]在步骤S230，建模模块130对所述初始模型进行校正以得到校正模型。
[0042]在本实施方式中，建模模块130对所述花瓣模型与所述花瓣轮廓进行匹配，并结合由分析模块得到的花瓣之间的遮挡和层次关系对匹配后的所述花瓣进行三维曲面变形以获取所述校正模型。
[0043]在步骤S240，建模模块130对所述校正模型进行调整以获取完善模型。
[0044]在本实施方式中，建模模块130对用户指定除花瓣外的其他需要建模的区域进行建模并自动调整获取完善模型。例如，用户需要对花蕊区域进行建模时，通过将从存储模块140中选中的花蕊模板以及所述分析数据中的花蕊数据进行匹配并建模，以得到完善模型。
[0045]在步骤S250，建模模块130建立纹理模型，并对所述完善模型进行纹理映射，输出花朵模型。
[0046]在本实施方式中，建模模块130对花朵的各个组件建立纹理模型，其中纹理模型对花瓣、花蕊进行着色。其中建模模块130将所有花瓣对应于一个标准花瓣，所有花瓣的颜色对应于标准花瓣的相应位置，标准花瓣具有正反两面，如果标准花瓣上的每个位置均有颜色值，建模模块130将对其进行估计得到一个平滑的颜色模型和一个噪声模型，利用该平滑的颜色模型和噪声模型我们对花瓣进行着色。如果标准花瓣上的模型位置没有颜色，则建模模块130根据对称性和相邻连续性对这些位置估计颜色，输出花朵模型。
[0047]请参阅图3，图3所示为图2中步骤S210的具体步骤图
[0048]在步骤S212，分析模块120提取花朵的整体轮廓以及花瓣区域；
[0049]在步骤S214，分析模块120根据花瓣区域提取花瓣中心线，并估计花心的位置；
[0050]在步骤S216，分析模块120根据花朵的整体轮廓对花瓣区域进行遮挡分析以及空间次序估计；以及
[0051]在步骤S218，分析模块120提取花瓣的纹理以及花朵相关区域。
[0052]本发明实施方式中的花朵建模装置10及花朵建模方法通过分析模块120对花朵图片进行语义分析以获取分析数据，建模模块130根据分析数据建立花朵模型，减少了用户的交互操作，提高了花朵建模的效率与以花朵模型精度。
[0053]虽然本发明参照当前的较佳实施方式进行了描述，但本领域的技术人员应能理解，上述较佳实施方式仅用来说明本发明，并非用来限定本发明的保护范围，任何在本发明的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效替换、改进等，均应包含在本发明的权利保护范围之内。
【权利要求】
1.一种花朵建模装置，包括: 接收模块，用于接收花朵图片； 分析模块，用于对所述花朵图片进行语义分析以获取分析数据；以及建模模块，用于根据分析数据以及花瓣模板建立初始模型，并对所述初始模型进行校正以获取校正模型，对所述校正模型进行调整以获取完善模型，根据分析数据建立纹理模型，并根据所述纹理模型对所述完善模型进行纹理映射，输出花朵模型。
2.如权利要求1所述的花朵建模装置，其特征在于，所述分析模块获取的所述分析数据包括:所述花朵图片中的花朵区域与花朵相关区域、花瓣区域与轮廓、花瓣中心线以及花瓣纹理。
3.如权利要求2所述的花朵建模装置，其特征在于，所述分析模块获取的所述分析数据还包括:花瓣相互之间的遮挡与空间次序。
4.如权利要求3所述的花朵建模装置，其特征在于，所述建模模块根据所述花瓣区域与轮廓、所述花瓣相互之间的遮挡与空间次序建立花瓣模型。
5.如权利要求4所述的花朵建模装置，其特征在于，所述建模模块根据所述花瓣区域与轮廓以及花瓣中心线建立所述初始模型。
6.如权利要求5所述的花朵建模装置，其特征在于，所述建模模块对所述花瓣模型与所述花瓣轮廓进行匹配以及对花瓣模板进行三维曲面变形以校正所述初始模型得到校正模型。
7.如权利要求6所述的花朵建模装置，其特征在于，所述建模模块在所述校正模型上对用户指定需要建模的区域进行建模并自动调整获取完善模型。
8.一种花朵建模的方法，包括: 接收花朵图片； 对所述花朵图片进行语义分析以获取分析数据； 根据所述分析数据以及花瓣模板建立初始模型； 对所述初始模型进行校正以得到校正模型； 对所述校正模型进行调整以获取完善模型；以及 建立纹理模型，并根据所述纹理模型对所述完善模型进行纹理映射，输出花朵模型。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，“对所述花朵图片进行语义分析以获取分析数据”的步骤包括: 提取花朵的整体轮廓以及花瓣区域； 根据花瓣区域提取花瓣中心线，并估计花心的位置； 根据花朵的整体轮廓对花瓣区域进行遮挡分析以及空间次序估计；以及 提取花瓣的纹理以及花朵相关区域。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，“根据所述分析数据建立初始模型”的步骤包括: 根据所述花瓣区域与轮廓、所述花瓣相互之间的遮挡与空间次序建立花瓣模型； 估算花瓣位置与朝向； 根据所述花瓣模板以及所述花瓣位置与朝向建立初始模型。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，“对所述初始模型进行校正以得到校正模型”的步骤包括: 对所述花瓣模型与所述花瓣轮廓进行匹配； 结合由分析模块得到的花瓣之间的遮挡和层次关系，对匹配后的所述花瓣进行三维曲面变形以获取所述校正模型。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，“对所述校正模型进行调整以获取完善模型”的步骤为:对用户指定需 要建模的区域进行建模并自动调整获取完善模型。
【文档编号】G06T17/00GK103729874SQ201210392909
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年10月16日 优先权日:2012年10月16日
【发明者】燕飞龙, 陈宝权 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院