纹理贴图方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明实施例提供一种纹理贴图方法和贴图装置，该方法包括：获取建模物体的由一系列相连的网格描述的三维模型、至少两个摄像头对该建模物体所拍摄的照片以及该摄像头拍摄时的位置信息；根据该位置信息获得每个摄像头对应的可视网格集合；对于被至少两个摄像头可视的每个网格，判断该网格和该至少两个摄像头之间的可视角度，根据该可视角度将该网格指派给该一个摄像头；根据该至少两个摄像头所对应的可视网格集合，将摄像头对该建模物体拍摄的照片作为该可视网格集合中的对应网格的纹理进行贴图。通过本发明实施例，消除一个网格同时被两个摄像头所拍摄的照片进行贴图的情况，因此可以消除对网格的重复贴图，降低贴图的错误性。
【专利说明】纹理贴图方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图形图像技术，尤其涉及一种用于三维建模技术的纹理贴图 (TextureMapping)方法及装置。
【背景技术】
[0002] 在现实生活中，物体都是以三维几何实体的形式存在。传统的二维平面照片通过 明暗对比和透视关系来造成视觉上的空间立体感，无法产生引人入胜的自然立体观感。而 三维影像的空间造型与原型接近，不仅具有高度、宽度、深度三维空间几何形体特征，而且 具有真实逼真的表面纹理信息，一改平面照片所无法给出的真实感，可给人以亲切、逼真的 感觉。
[0003] 在计算机图形学中，通常用三维模型来对物体建模，三维模型即对应空间实体中 的实体，可以通过计算机或者其它视频设备进行显示。显示的三维模型可以是现实世界的 实体，也可以是虚构的东西，既可以小到原子，也可以大到很大的尺寸。任何物理自然界存 在的东西都可以用三维模型表示。
[0004] 三维模型包括几何和纹理两部分。其中，几何通常用多边形来或者体素来表示，以 用多边形来表达三维模型的几何部分为例，即用多边形表示或者近似表示物体的曲面。它 的基本对象是三维空间中的顶点，将两个顶点连接起来的直线称为边，三个顶点经三条边 连接起来成为三角形，三角形是欧氏空间中最简单的多边形。多个三角形可以组成更加复 杂的多边形，或者生成多于三个顶点的单个物体。四边形和三角形是多边形表达的三维模 型中最常用的形状，在三维模型的表达方面，三角网三维模型（或称TIN模型）因其数据结 构简单、容易被所有的图形硬件设备绘图等特点成为三维模型表达的一种流行选择，其中 每个三角形就是一个表面，因此也将三角形称为三角面片（或者也称为网格Mesh)。
[0005] 许多三维模型需要使用纹理进行覆盖，将纹理排列放到三维模型上的过程称作纹 理贴图。纹理就是一个图像，但是它可以让模型更加细致并且看起来更加真实。在三维建 模技术中，纹理贴图过程是使用摄像头在不同角度对建模物体拍摄的照片来对生成的三维 模型进行贴图，为了实现准确的贴图，必须准确估计出摄像头拍照时的位置。
[0006] 应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、 完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的
【背景技术】部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
【发明内容】
[0007] 发明人发现现有纹理贴图技术的缺陷在于：在实施现有纹理贴图技术的过程中， 往往不能十分准确的估计出摄像头拍照时的位置，因此建模物体的边缘处经常会出现贴图 错误。
[0008] 正是基于上述现有技术的缺陷，本发明实施例提供一种纹理贴图的方法和装置， 目的在于：解决由于摄像头位置估计不准确而导致的贴图错误问题。
[0009] 根据本发明实施例的一个方面，提供一种纹理贴图方法，该方法包括：
[0010] 获取建模物体的由一系列相连的网格描述的三维模型、至少两个摄像头对所述建 模物体所拍摄的照片以及所述至少两个摄像头拍摄时的位置信息；
[0011] 对于每个摄像头，根据所述位置信息获取对所述摄像头可视的网格，以获得每个 摄像头对应的可视网格集合；
[0012] 对于被至少两个摄像头可视的每个网格，判断所述网格和所述至少两个摄像头之 间的可视角度，根据所述可视角度将所述网格指派给所述至少两个摄像头中的一个摄像 头，以更新所述至少两个摄像头所对应的可视网格集合；
[0013] 根据所述至少两个摄像头所对应的可视网格集合，将摄像头对所述建模物体拍摄 的照片作为所述可视网格集合中的对应网格的纹理进行贴图。
[0014] 根据本发明实施例的另一个方面，提供一种纹理贴图装置，该装置包括：
[0015] 获取单元，其用于获取建模物体的由一系列相连的网格描述的三维模型、至少两 个摄像头对所述建模物体所拍摄的照片以及所述至少两个摄像头拍摄时的位置信息；
[0016] 网格取得单元，对于每个摄像头，该网格取得单元根据所述位置信息获取对所述 摄像头可视的网格，以取得每个摄像头对应的可视网格集合；
[0017] 判断单元，其用于判断被至少两个摄像头可视的每个网格和所述至少两个摄像头 之间的可视角度，根据所述可视角度将所述网格指派给所述至少两个摄像头中的一个摄像 头，以更新所述至少两个摄像头所对应的可视网格集合；
[0018] 贴图单元，其根据所述至少两个摄像头所对应的可视网格集合，将摄像头对所述 建模物体拍摄的照片作为所述可视网格集合中的对应网格的纹理进行贴图。
[0019] 本发明的有益效果在于：对于被至少两个摄像头可视的每个网格，判断该网格和 至少两个摄像头之间的可视角度，根据可视角度将网格指派给其中的一个摄像头；可以消 除一个网格同时被两个摄像头所拍摄的照片进行贴图的情况，因此可以消除对网格的重复 贴图，降低贴图的错误性。
[0020] 参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原 理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附 权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。
[0021] 针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更 多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特 征。
[0022] 应该强调，术语"包括/包含"在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但 并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是本发明实施例的纹理贴图方法的一个流程示意图；
[0024] 图2是本发明实施例的获得每个摄像头对应的可视网格集合的一个方法流程图；
[0025] 图3是本发明实施例的网格归属判定机制示意图；
[0026] 图4是本发明实施例的纹理贴图方法的另一个流程示意图；
[0027] 图5是本发明实施例的纹理贴图装置的结构示意图；
[0028] 图6是网格划分单元的一个结构示意图；
[0029] 图7是本发明实施例的纹理贴图装置的另一个结构示意图。
【具体实施方式】
[0030] 参照附图，通过下面的说明书，本发明的前述以及其它特征将变得明显。在说明书 和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明的原则的部 分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明包括落入所附权 利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。
[0031] 实施例1
[0032] 本发明实施例1提供一种纹理贴图方法，图1是本发明实施例的纹理贴图方法的 一个流程示意图。如图1所示，该纹理贴图方法包括：
[0033] 步骤101 :获取建模物体的由一系列相连的网格描述的三维模型、至少两个摄像 头对所述建模物体所拍摄的照片以及所述至少两个摄像头拍摄时的位置信息；
[0034] 步骤102 :对于每个摄像头，根据所述位置信息获取对所述摄像头可视的网格，以 获得每个摄像头对应的可视网格集合；
[0035] 步骤103 :对于被至少两个摄像头可视的每个网格，判断所述网格和所述至少两 个摄像头之间的可视角度，根据所述可视角度将所述网格指派给所述至少两个摄像头中的 一个摄像头，以更新所述至少两个摄像头所对应的可视网格集合；
[0036] 步骤104 :根据所述至少两个摄像头所对应的可视网格集合，将摄像头对所述建 模物体拍摄的照片作为所述可视网格集合中的对应网格的纹理进行贴图。
[0037] 在步骤101中，获取纹理贴图所需要的元素。由于纹理贴图是将不同角度的摄像 头对建模物体所拍摄的照片（即纹理）排列放到三维模型上，因此，为了实现纹理贴图，所需 要的元素至少包括建模物体的三维模型、至少两个摄像头对建模物体所拍摄的照片以及该 至少两个摄像头拍摄时的位置信息。
[0038] 其中，建模物体的三维模型可以由一系列相连的三角形网格来构建，但是，在另一 些实施方式中，也可以根据建模物体的形状选择四边形网格或其它的多边形网格来构建物 体的三维模型。本发明以三角形网格为例，对实施例进行说明。
[0039] 在具体生成三维模型的过程中，三角形网格的细密程度，即三角形的尺寸，将影响 到三维建模与实际建模物体的接近程度，并且，三角形尺寸越小，贴图的精度也就越高，从 而更逼真地反映建模物体的影像。因此，可以根据三维建模的逼真度要求来划分三角形网 格。
[0040] 并且，由各个位置的摄像头对建模物体所拍摄的照片可以反映建模物体在不同侧 面所呈现的影像，因此，获得每个摄像头在摄像时所处的位置信息，对于准确地贴图至关重 要，该位置信息例如可以由平移矩阵T(3xl的矩阵）和旋转矩阵R(3x3的矩阵）来描述。
[0041] 此外，随着摄像头数量的增多，能够反映建模物体在更多角度所呈现的影像，从而 提高贴图的精细程度，更真实地反映建模物体的外观，当然，摄像头数量的增多会导致成本 的升高。在本发明的实施例中，以两个摄像头为例进行说明。
[0042] 在对纹理贴图所需要的元素进行输入以后，在步骤102中获得每个摄像头对应的 可视网格集合，该可视网格集合中的网格将使用与之对应的摄像头所拍摄的照片进行贴 图。
[0043] 但是在每个摄像头所对应的可视网格集合中有可能出现这样的情况：对于某些网 格来说，同时属于两个摄像头所对应的可视网格集合，即，这些网格对于两个摄像头都是可 视的，因此，对于这些网格，有可能两个摄像头所拍摄的照片都对该网格进行贴图，造成重 复贴图。由于每个摄像头所拍摄的照片角度不同，所以重复贴图会形成贴图的混乱，从而造 成贴图错误。
[0044] 所以，在步骤103中，需要针对这些能同时被两个摄像头可视的网格进行进一步 的判断，在一种实施方式中，例如可以判断这些网格中的每一个网格与两个摄像头之间的 可视角度，根据可视角度将该网格指派给某一个摄像头。在一个【具体实施方式】中，例如可以 将该网格指派给可视角度最小的摄像头；当然，在其它的实施方式中，也可以将该网格指派 给具有其它特定可视角度的摄像头。
[0045] 经过步骤103,消除了一个网格同时属于两个摄像头对应的可视网格集合的情况。 在接下来的步骤104中，将每个摄像头对建模物体所拍摄到的照片排列到该摄像头所对应 的可视网格上，进行纹理贴图。
[0046] 由上述实施例可知，在确定每个摄像头的可视网格集合时，对于被两个摄像头均 可视的网格，根据该网格与两个摄像头的可视角度，将该网格指派给其中的一个摄像头，从 而消除了一个网格同时被两个摄像头所拍摄的照片进行贴图的情况，因此可以消除对网格 的重复贴图，降低贴图的错误性。
[0047] 实施例2
[0048] 本发明实施例提供一种纹理贴图方法，在实施例1的基础上对本发明进行进一步 的说明。其中与实施例1相同的内容不再赘述。
[0049] 图2是本发明实施例的获得每个摄像头对应的可视网格集合的一个方法流程图， 示出了步骤102的具体内容。在本实施例中，如图2所示，获得每个摄像头对应的可视网格 集合的方法可以包括：
[0050] 步骤201 :将三维模型的所有网格投射到该摄像头的坐标系统；
[0051] 步骤202 :使用该摄像头的自身参数以及拍摄时的位置信息，将所有网格从该摄 像头的坐标系统转换到照片坐标系统；
[0052] 步骤203 :对于每一个网格，当该网格在该照片坐标系统中的值处于预定的范围 时，将该网格加入到该摄像头对应的可视网格集合。
[0053] 为了判断三维模型的网格是否属于该摄像头对应的可视网格集合，需要首先将所 有网格投射到该摄像头的坐标系，并从该摄像头的坐标系进一步投射到该摄像头所拍摄的 照片所处的照片坐标系，进而根据该网格在照片坐标系中位置来判断该网格是否被该摄像 头可视。
[0054] 下面，对每个步骤分别进行说明。
[0055] 在步骤201中，将构成三维模型的每一个三角形网格从基础坐标系中变换到摄像 头坐标系中。
[0056] 在一个实施方式中，可以假设三角形网格的任一顶点在基础坐标系中的坐标为 (Xo, Yo, Zo)，则该顶点在摄像头坐标系下的三维坐标（Xc，Yc，Zc)为
【权利要求】
1. 一种纹理贴图方法，其特征在于，所述纹理贴图方法包括： 获取建模物体的由一系列相连的网格描述的H维模型、至少两个摄像头对所述建模物 体所拍摄的照片W及所述至少两个摄像头拍摄时的位置信息； 对于每个摄像头，根据所述位置信息获取对所述摄像头可视的网格，W获得每个摄像 头对应的可视网格集合； 对于被至少两个摄像头可视的每个网格，判断所述网格和所述至少两个摄像头之间的 可视角度，根据所述可视角度将所述网格指派给所述至少两个摄像头中的一个摄像头，W 更新所述至少两个摄像头所对应的可视网格集合； 根据所述至少两个摄像头所对应的可视网格集合，将摄像头对所述建模物体拍摄的照 片作为所述可视网格集合中的对应网格的纹理进行贴图。
2. 根据权利要求1所述的纹理贴图方法，其中，对于被至少两个摄像头可视的每个网 格，将所述网格指派给所述可视角度最小的摄像头。
3. 根据权利要求1所述的纹理贴图方法，其中，获得每个摄像头对应的可视网格集合 包括： 将所述H维模型的所有网格投射到所述摄像头的坐标系统； 使用所述摄像头的自身参数W及拍摄时的位置信息，将所有网格从所述摄像头的坐标 系统转换到照片坐标系统； 对于每一个网格，当所述网格在所述照片坐标系统中的值处于预定的范围时，将所述 网格加入到所述摄像头对应的可视网格集合。
4. 根据权利要求3所述的纹理贴图方法，其中，对于每一个网格，当所述网格的每个顶 点的坐标值均小于预设值时，将所述网格加入到所述摄像头对应的可视网格集合。
5. 根据权利要求1至4任一项所述的纹理贴图方法，其中，所述纹理贴图方法还包括： 当判断所述可视网格集合中存在被遮挡的网格时，去除所述被遮挡的网格。
6. 根据权利要求5所述的纹理贴图方法，其中，所述纹理贴图方法还包括： 根据网格的顶点在照片坐标系统下的坐标值和在摄像头坐标系统下的坐标值来判断 所述可视网格集合中是否存在被遮挡的网格。
7. -种纹理贴图装置，其特征在于，所述装置包括： 获取单元，其用于获取建模物体的由一系列相连的网格描述的H维模型、至少两个摄 像头对所述建模物体所拍摄的照片W及所述至少两个摄像头拍摄时的位置信息； 网格划分单元，对于每个摄像头，所述网格化分单元根据所述位置信息获取对所述摄 像头可视的网格，W获得每个摄像头对应的可视网格集合； 判断单元，其用于判断被至少两个摄像头可视的每个网格和所述至少两个摄像头之间 的可视角度，根据所述可视角度将所述网格指派给所述至少两个摄像头中的一个摄像头， W更新所述至少两个摄像头所对应的可视网格集合； 贴图单元，其根据所述至少两个摄像头所对应的可视网格集合，将摄像头对所述建模 物体拍摄的照片作为所述可视网格集合中的对应网格的纹理进行贴图。
8. 根据权利要求7所述的装置，其中，对于被至少两个摄像头可视的每个网格，所述判 断单元将所述网格指派给所述可视角度最小的摄像头。
9. 根据权利要求7所述的装置，其中，所述网格划分单元包括： 第一坐标变换单元，其将所述H维模型的所有网格投射到所述摄像头的坐标系统； 第二坐标变换单元，其使用所述摄像头的自身参数W及拍摄时的位置信息，将所有网 格从所述摄像头的坐标系统转换到照片坐标系统； 网格加入单元，其用于当确定网格在所述照片坐标系统中处于预定的范围时，将所述 网格加入到所述摄像头对应的可视网格集合。
10.根据权利要求7-9所述的装置，其中，所述纹理贴图装置还包括： 网格去除单元，其用于当确定所述可视网格集合中存在被遮挡的网格时，去除所述被 遮挡的网格。
【文档编号】G06T15/00GK104346822SQ201310310266
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月23日 优先权日:2013年7月23日
【发明者】白向晖, 王寰宇 申请人:富士通株式会社