[发明专利]一种基于有向包围盒和轴向包围盒的脚楦匹配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机动画、3D模型建立、形状分析等领域，具体是指一种可用于三维模型匹配、虚拟试鞋等技术。 

背景技术

随着电子商务市场的迅速发展，在网上商城中虚拟试衣，虚拟试鞋已经成为一种流行趋势。我们可以构造不同的衣服，鞋子以及人体三维模型，将衣服或者鞋子模型穿到人体模型上，从而判断所需商品是否合适。在虚拟试鞋中，可以通过脚楦匹配方法来仿真人脚穿上鞋子的状态,能够直观、便利地检查和分析鞋类产品的舒适度。而两个相似的鞋楦之间也可以通过迭代紧邻点算法（ICP）实现精确匹配，因此对脚楦模型匹配的研究有着重要的应用价值。 

脚楦模型的匹配可借助于一般三维模型的匹配方法来实现，比较有代表性的是（1）迭代紧邻点算法(ICP)。ICP算法主要包括模型间对应点搜寻和变换矩阵计算两个步骤，最后求出旋转矩阵和平移矩阵。该方法可以有效地配准和对齐模型，但缺点是对应点搜寻复杂，计算量大。（2）统计直方图算法。该方法简便，应用广泛，但只能体现三维模型顶点的整体分布，不能有效地衡量局部形状。（3）扩展高斯图像算法。该算法是通过三维模型的扩展高斯图像来匹配模型的相似性，扩展高斯图把模型的每个网格面映射为单位球的一个向量，这个球称为高斯球。向量的模长等于网格面的面积，向量的方向等于网格面的法线方向。但是凹面体的扩展高斯图像不是惟一的，而且扩展高斯图像与三维模型坐标系的旋转有关，对模型噪声比较敏感。(4)函数分析算法。函数分析方法比较多，有球面调和分析,傅里叶描述,Zernike矩等,这些函数分析算法都有两个缺点：(a)一般的三维模型不能直接用于函数分析,需进行参数采样,但采样通常对三维模型有比较大的限制；(b)需要统一三维模型坐标系，三维模型在不同的坐标系下采样获得的数据会不同。 

发明内容

本发明提出一种基于包围盒OBB与包围盒AABB的脚楦匹配方法。该方法先通过有向包围盒OBB对脚和鞋楦模型进行旋转，使得它们分别和世界坐标系的三个轴对齐；再计算它们的轴向包围盒AABB,使脚模型包围盒AABB底面四边形的中 心与鞋楦模型包围盒AABB底面四边形的中心重合；匹配好之后，若鞋楦模型偏大或者偏小，根据包围盒AABB的距离差对其进行粗缩放；并对距离差方法进行改进，使鞋楦模型的缩放更加精确。 

本发明是通过下述技术方案得以实现的： 

一种基于有向包围盒和轴向包围盒的脚楦匹配方法，其特征在于包括下列步骤： 

（1）先通过有向包围盒对脚和鞋楦模型进行旋转，使得它们分别和世界坐标系的三个轴对齐； 

具体是：首先求出脚和鞋楦模型的有向包围盒OBB，所述有有向包围盒OBB是指三个向量分别代表了长方体的长，宽，高的轴向，取与脚长方向平行的那根轴作为旋转的依据，先计算此轴向量与世界坐标系的X0Z平面之间的夹角，然后将该轴绕世界坐标系的X轴旋转，使该轴向量与世界坐标系的XOZ平面平行；再计算此轴向量与世界坐标系YOZ平面之间的夹角，然后将该轴绕世界坐标系的Y轴旋转，使该轴向量与世界坐标系的YOZ平面平行；分别对脚和鞋楦模型进行以上操作，使它们分别与世界坐标系的三个轴对齐； 

（2）计算它们的轴向包围盒AABB,使脚模型的轴向包围盒AABB底面四边形的中心与鞋楦模型底面四边形的中心重合； 

具体是：对脚和鞋楦模型分别对齐后，分别求脚底平面和OBB底平面的轴向包围盒AABB，取轴向包围盒AABB底面四边形的中心作为平移的基点，将脚模型轴向包围盒AABB底面四边形的中心平移至鞋楦轴向包围盒AABB底面四边形的中心； 

（3）匹配好之后，若鞋楦模型偏大或者偏小，根据包围盒的距离差对其进行粗缩放； 

具体是：脚、鞋楦模型依然和世界坐标系的三个轴对齐，利用脚的包围盒AABB和鞋楦的包围盒AABB进行比较，在X,Z轴上，距离差为两个包围盒AABB分别在X,Z轴上的最大值与最大值之差，最小值与最小值之差；如果在X轴上的距离差小于设定的阈值（舒适值，本例取0.3cm），则鞋楦模型在X轴方向上偏大，把鞋楦模型在X轴方向上缩小至距离差等于阈值的大小；如果它们在X轴的距离差小于给定的阈值，则鞋楦模型在X轴方向上偏小，把鞋楦模型在X轴方向放大至距离差等于阈值的大小；在Z轴上采用与X轴方向上相同的处理方法实现； 

（4）对距离差方法进行改进，使鞋楦模型的缩放更加精确；