一种基于3D模型的唐三彩虚拟上色系统及方法

本发明涉及3d模型应用技术领域，并且更具体地，涉及一种基于3d模型的唐三彩虚拟上色系统及方法。

背景技术：

唐三彩是中国唐代的艺术精华，充分显示了盛唐时期的精神面貌和艺术水平，也是中国艺术品的精髓所在，具有独特的艺术风格和鲜明的民族特色。唐三彩是中国陶文化发展到高级阶段的产物，它的釉色色调和交融流动形成明确的艺术风格，它不仅代表了中国唐代审美，在当代更是极具特色的中国文化标签，在其千年的历史上更是中外文化交流的重要物品。

唐三彩以黄、绿、白三色为主，却不仅只有三种颜色，“三”泛指多种彩色，唐三彩常见色有：白、浅黄、棕红、褐红、淡青、翠绿、深绿、天蓝、茄紫、赫黑。

现有的方法对唐三彩进行上色设计时，一般是先画出定唐三彩实物的图像，然后根据图像反复设计颜色，待颜色确定后再在唐三彩实物上进行上色，或者直接在唐三彩实物上进行上色，时间成本高，且容易出错。另外，在对唐三彩文物进行修复时，若直接根据想象的颜色进行上色，也容易出现错误，无法真实地进行文物还原。同时，由于材料限制非专业人员无法体验唐三彩的创作过程，这种极具中国文化特色的标签不能够普及推广。

因此，如何快速、准确且普及地实现唐三彩的上色与唐三彩色彩风格迁移是急需解决的问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种基于3d模型的唐三彩虚拟上色系统，包括：

基础模型模块，所述基础模型模块针对上色目标，建立上色目标的3d模型；

唐三彩基础色配置模块，所述唐三彩基础色配置模块，针对3d模型，确定对3d模型上色的色彩的比例配置；

唐三彩笔刷模块，所述唐三彩笔刷模块，针对3d模型及色彩的比例配置，确定对3d模型上色笔刷的上色色彩顺序配置；

虚拟上色空间构成模块，所述虚拟上色空间构成模块，针对3d模型，根据色彩的比例配置及笔刷的上色色彩顺序配置，对3d模型进行上色，并输出唐三彩上色三维模型。

可选的，确定对3d模型上色的色彩的比例配置，包括：

对色彩进行编号，将编号后的色彩标记，并进入计算序列；

对进入计算序列的色彩进行上色比重的计算，确定上色的色彩比重；

针对色彩比重，使用rgb色彩模型进行混合计算，输出新生成的色彩及比重，确定色彩的比例配置。

可选的，确定对3d模型上色笔刷的上色色彩顺序配置，包括：

确定笔刷模型，具体为：令一支笔刷具备三个笔刷通道，每个笔刷通道刷一种色彩，每个笔刷空间的属性为0-1，且三个笔刷通道的属性为1，生成笔刷模型；

对笔刷的色彩进行配置，具体为：初始化笔刷模型及笔刷模型的三个笔刷通道的属性，对三个笔刷通道的属性进行赋值，实例化笔刷模型；

针对实施例化笔刷模型，进行作用力赋值及颜料浓度赋值，赋值完成后进行颜料流动计算，确定颜料的漫延范围结果及浓度转化结果，根据颜料的漫延范围结果及浓度转化结果，生成流动效果；

根据流动效果，确定笔刷的上色色彩顺序配置。

可选的，作用力为重力。

可选的，漫延范围结果为：颜料在作用力的作用下，颜料的漫延范围。

可选的，浓度转换结果为：颜料在作用力的作用下，颜料漫延后，颜料浓度的变化结果。

本发明还提出了一种基于3d模型的唐三彩虚拟上色方法，包括：

针对上色目标，建立上色目标的3d模型；

针对3d模型，确定对3d模型上色的色彩的比例配置；

针对3d模型及色彩的比例配置，确定对3d模型上色笔刷的上色色彩顺序配置；

针对3d模型，根据色彩的比例配置及笔刷的上色色彩顺序配置，对3d模型进行上色，并输出唐三彩上色三维模型。

可选的，确定对3d模型上色的色彩的比例配置，包括：

对色彩进行编号，将编号后的色彩标记，并进入计算序列；

对进入计算序列的色彩进行上色比重的计算，确定上色的色彩比重；

针对色彩比重，使用rgb色彩模型进行混合计算，输出新生成的色彩及比重，确定色彩的比例配置。

可选的，确定对3d模型上色笔刷的上色色彩顺序配置，包括：

确定笔刷模型，具体为：令一支笔刷具备三个笔刷通道，每个笔刷通道刷一种色彩，每个笔刷空间的属性为0-1，且三个笔刷通道的属性为1，生成笔刷模型；

对笔刷的色彩进行配置，具体为：初始化笔刷模型及笔刷模型的三个笔刷通道的属性，对三个笔刷通道的属性进行赋值，实例化笔刷模型；

针对实施例化笔刷模型，进行作用力赋值及颜料浓度赋值，赋值完成后进行颜料流动计算，确定颜料的漫延范围结果及浓度转化结果，根据颜料的漫延范围结果及浓度转化结果，生成流动效果；

根据流动效果，确定笔刷的上色色彩顺序配置。

可选的，作用力为重力。

可选的，漫延范围结果为：颜料在作用力的作用下，颜料的漫延范围。

可选的，浓度转换结果为：颜料在作用力的作用下，颜料漫延后，颜料浓度的变化结果。

本发明的系统及方法，能够实时地对唐三彩模型进行上色，实时地呈现上色效果，并对于文创应用，教育应用及文物色彩恢复，提供了技术支持。

附图说明

图1为本发明系统的结构图；

图2为本发明颜色配置的原理图；

图3为本发明笔刷模型制作的逻辑图；

图4为本发明笔刷颜色设置的逻辑图；

图5为本发明生成流动效果的原理图；

图6为本发明方法的流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明基于虚拟上色技术及unity3d(3d模型)技术的应用实现，下面对虚拟上色技术及unity3d技术进行介绍。

虚拟上色介绍：

虚拟上色是指用特定的三色涂刷模型，对虚拟空间中的物品进行色彩设计。目前比较常见的有各类图片处理工具，比如：ps。但是针对具体的文物模型进行上色处理时，需要有专门的虚拟设计工具，对于唐三彩的颜色设计需要以黄绿白三色为基础色进行配置。

unity3d技术介绍：

unity3d技术是当前非常热门的三维构型技术引擎，通常用于三维游戏设计，unity是实时3d互动内容创作和运营平台，包括游戏开发、美术、建筑、汽车设计、影视在内的所有创作者，借助unity将创意变成现实。unity平台提供一整套完善的软件解决方案，可用于创作、运营和变现任何实时互动的2d和3d内容，支持平台包括手机、平板电脑、pc、游戏主机、增强现实和虚拟现实设备。

unity3d在文物领域的应用介绍：

利用unity3d引擎，结合网络技术，可以将文物古迹的展示、保护提高到一个崭新的阶段。

首先表现在将文物古迹实体通过影像数据采集手段建立三维实物或模型数据库，保存文物古迹原有的各种形式的数据和空间关系等重要资源，实现濒危文物古迹资源的科学、高精度和永久的保存。

其次，利用这些技术来提高文物修复的精度，预先判断、选取将要采用的保护手段，同时可以缩短修复工期。

通过计算机网络来整合统一大范围内的文物古迹资源，并且通过网络在大范围内利用虚拟技术更加全面、生动、逼真地展示文物古迹，从而使文物古迹脱离地域限制，实现资源共享，真正成为全人类可以拥有的文化遗产。

利用unity3d引擎实现虚拟文物古迹仿真可以推动文博行业更快地进入信息时代，实现文物古迹展示和保护的现代化，同时也能够将文创普及化，寓教于乐。

本发明提出了一种基于3d模型的唐三彩虚拟上色系统，如图1所示，包括：

基础模型模块，所述基础模型模块针对上色目标，建立上色目标的3d模型；

唐三彩基础色配置模块，所述唐三彩基础色配置模块，针对3d模型，确定对3d模型上色的色彩的比例配置；

唐三彩笔刷模块，所述唐三彩笔刷模块，针对3d模型及色彩的比例配置，确定对3d模型上色笔刷的上色色彩顺序配置；

虚拟上色空间构成模块，所述虚拟上色空间构成模块，针对3d模型，根据色彩的比例配置及笔刷的上色色彩顺序配置，对3d模型进行上色，并输出唐三彩上色三维模型。

其中，确定对3d模型上色的色彩的比例配置，包括：

对色彩进行编号，将编号后的色彩标记，并进入计算序列；

对进入计算序列的色彩进行上色比重的计算，确定上色的色彩比重；

针对色彩比重，使用rgb色彩模型进行混合计算，输出新生成的色彩及比重，确定色彩的比例配置。

其中，确定对3d模型上色笔刷的上色色彩顺序配置，包括：

确定笔刷模型，具体为：令一支笔刷具备三个笔刷通道，每个笔刷通道刷一种色彩，每个笔刷空间的属性为0-1，且三个笔刷通道的属性为1，生成笔刷模型；

对笔刷的色彩进行配置，具体为：初始化笔刷模型及笔刷模型的三个笔刷通道的属性，对三个笔刷通道的属性进行赋值，实例化笔刷模型；

针对实施例化笔刷模型，进行作用力赋值及颜料浓度赋值，赋值完成后进行颜料流动计算，确定颜料的漫延范围结果及浓度转化结果，根据颜料的漫延范围结果及浓度转化结果，生成流动效果；

根据流动效果，确定笔刷的上色色彩顺序配置。

其中，作用力为重力。

其中，漫延范围结果为：颜料在作用力的作用下，颜料的漫延范围。

其中，浓度转换结果为：颜料在作用力的作用下，颜料漫延后，颜料浓度的变化结果。

下面结合附图及实施例对本发明进行进一步的说明：

本发明，包括：唐三彩基础配置模块：

基础模块配置，主要是用于唐三彩的色彩配置，主要有如下几个配置项：

颜色配置，原理如图2所示：是指配置笔刷的黄、绿、白以及交叉色彩。

对色彩编号：

色彩编号为黄色01、绿色02、白色03，若色彩选中，则标志位置为1，进入计算序列。

确定色彩比重：

比重为色彩所占的分量，为浮点数，范围为0到1：

执行色彩值混合计算：

在进行唐三彩色彩配置时，采用传统的rgb三色模型进行计算，采用porter-duff算法进行混合计算。

输出色彩颜色：

生成的新的色彩值编号存到色彩序列中，并执行调用，即可以选择该项颜色。

唐三彩笔刷生成模块，用于：

笔刷模型的制作，如图3所示：

笔刷采用彩虹线设计，即一个笔刷可以同时刷出三种颜色，笔刷配置主要指配置三条线的宽度比重，将笔刷设计为3个区间，每个区间的属性为0到1，同时保持三个区间的和为1。

笔刷颜色的设置，如图4所示：

笔刷颜色设置就是对笔刷每一个通道进行属性设置：

笔刷的颜料在作用力下的流动效果的确定，如图5所示：

主要配置的是颜料的多少，通常颜料是涂抹后具有根据作用力(作用力赋值)的流动效果，配置按照笔刷吸收墨水的比例(浓度赋值)进行。

作用力：通常为重力作用力，但在实际工具使用过程中，应达不到重力的值，这里可以进行人工设置一个作用力值(默认重力)

颜料浓度：在0-1范围内进行设置，值越大，浓度越大，流动效果受到浓度制约。

颜料模块流动计算的算法：该算法在unity3d中是一个成熟的算法，多用于游戏开发

漫延范围结果：指的是颜料在作用力的效果下，漫延的范围浓度转换结果：指的是在作用力下，颜料漫延后，浓度的变化结果

生成流动效果：根据浓度转换的结果和漫延范围，更新其透明度、色调等属性，形成计算的最终的输出结果。

基础模型模块：

基础模型模块，主要是根据目前的唐三彩的模型进行三维刻画，目前支的几种模型有：唐三彩陶持盘女俑模型、三彩釉陶骆驼载乐俑模型、唐三彩武士俑模型、三彩女立俑模型、唐三彩天王俑模型、唐三彩马俑模型。

模型采用3dmax进行编辑，工具中暂时集成了上述三维模型，新的模型可以制作成3dmax文件后进行扩充。用户在使用时，可以从模型列表中进行选择。

虚拟上色空间构成模块：

上色空间构成是指，在此空间内，可进行画笔、色彩与三维模型的交互，实现虚拟上色，上色空间可以理解为一个工程文件，上色区域自动限定为三维模型的表面。

本发明还提出了一种基于3d模型的唐三彩虚拟上色方法，如图6所示，包括：

针对上色目标，建立上色目标的3d模型；

针对3d模型，确定对3d模型上色的色彩的比例配置；

针对3d模型及色彩的比例配置，确定对3d模型上色笔刷的上色色彩顺序配置；

针对3d模型，根据色彩的比例配置及笔刷的上色色彩顺序配置，对3d模型进行上色，并输出唐三彩上色三维模型。

其中，确定对3d模型上色的色彩的比例配置，包括：

对色彩进行编号，将编号后的色彩标记，并进入计算序列；

对进入计算序列的色彩进行上色比重的计算，确定上色的色彩比重；

针对色彩比重，使用rgb色彩模型进行混合计算，输出新生成的色彩及比重，确定色彩的比例配置。

其中，确定对3d模型上色笔刷的上色色彩顺序配置，包括：

确定笔刷模型，具体为：令一支笔刷具备三个笔刷通道，每个笔刷通道刷一种色彩，每个笔刷空间的属性为0-1，且三个笔刷通道的属性为1，生成笔刷模型；

对笔刷的色彩进行配置，具体为：初始化笔刷模型及笔刷模型的三个笔刷通道的属性，对三个笔刷通道的属性进行赋值，实例化笔刷模型；

针对实施例化笔刷模型，进行作用力赋值及颜料浓度赋值，赋值完成后进行颜料流动计算，确定颜料的漫延范围结果及浓度转化结果，根据颜料的漫延范围结果及浓度转化结果，生成流动效果；

根据流动效果，确定笔刷的上色色彩顺序配置。

其中，作用力为重力。

其中，漫延范围结果为：颜料在作用力的作用下，颜料的漫延范围。

其中，浓度转换结果为：颜料在作用力的作用下，颜料漫延后，颜料浓度的变化结果。

本发明的系统及方法，能够实时地对唐三彩模型进行上色，实时地呈现上色效果，并对于文创应用，教育应用及文物色彩恢复，提供了技术支持。

本发明能够实时地对唐三彩模型进行上色，实时地呈现上色效果。

本发明方法能够应用于以下几个方面：

(1)博物馆文创

主要用于国博等有丰富的客流的场馆进行文创类应用，当前博物馆文创类产品还是以传统的手工艺品为主，该工具可以改变文创类产品老套、创意性较差的特点，兼具科技与实用的特点，为游客提供更有意义的文创类产品，同时，该工具实现了全电子化，模型可直接输出保存，减少了不必要的成本。

(2)教育

用于学校的教育使用，特别是美术专业，对于色彩的设计、理解都起到了很好的补充，基础模型库中的模型通常是现有的具有代表性的唐三彩模型，通过上色使用的过程可以对美术课程起到良好的补充作用，提供了更丰富的教学方法和工具。同时也能够应用于普及美术教育，寓教于乐。

(3)文物色彩修复

在文物色彩修复时，可以通过模型库中的1:1模型进行色彩模拟成像，进行虚实对比，避免了施工风险，为唐三彩文物的保护、修复提供了更直接、有效的修复方案设计参考。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。