[发明专利]基于映射边界优化的三维物体模型纹理映射方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维物体模型建模算法，尤其涉及一种基于映射边界优化的三维物体模型纹理映射方法。

背景技术

三维物体模型建模技术是指将客观世界中的物体通过三维建模的方式得到虚拟的重建，是计算机视觉，计算机图形学领域的重要研究内容之一，在医用设备、数字娱乐、电子商务等领域都有着广泛的应用价值。其中，如何使重建的三维模型具有实际物体的纹理真实感，是目前三维物体模型建模中的关键技术之一。

在三维物体模型的纹理映射方法中，经过对现有技术的文献检索发现，在1983年，Burt等人在《ACM Transactions on Graphics》(美国计算机学会图形学汇刊)第4期第2卷第217到第236页发表的论文“A Multiresolution Spline with Application to Image Mosaics”（图像拼接中的多分辨率接缝技术）中首先提出利用图像平滑的思想来处理图像拼接技术中产生的额外接缝问题。在此基础上，Baumberg等人于2002年在《British Machine Vision Conference》（英国机器视觉大会）第三卷第5页到第14页发表的论文“Blending Images for Texturing 3D Models”（三维模型纹理映射中的图像平滑）中提出了一个在3DSOM（三维物体建模软件）中使用的改进的图像平滑方法。但该方法只能在严格控制的光照条件下使用，应用范围有限。此外，在2007年，Lempitsky等人在《IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition》（IEEE国际计算机视觉与模式识别会议）第1页到第6页发表的论文“Seamless Mosaicing of Image-Based Texture Maps”（基于图像的纹理映射技术中的无缝拼接算法）中通过构建出关于纹理边界的特殊能量函数，利用马尔可夫随机场能量最优化的框架解决纹理边界缩减问题，在其所构造的能量函数中，同时还提出了一种接缝补平法，通过对纹理图像梯度空间的分析，建立了一个比较理想的梯度域模型，从而对图像纹理进行一定的补偿，来弥补边界处的接缝。但此项工作在重建实景物体时并没有考虑到不同图像之间可能存在明显的色调差异，使得纹理映射结果中的接缝难以有效消除。更重要的是，上述几种方法都仅仅关注于由于边界两侧光照强度不同所引起的接缝问题。而事实上，除了光照强度不同之外，摄像头标定误差以及一些其他的系统误差也会导致接缝的产生，这类接缝很难直接用图像平滑的方法消除。这时，可以通过优化映射边界的方法来消除接缝。

发明内容

本发明的目的针对上述问题，提供一种基于映射边界优化的三维物体模型纹理映射方法。该算法分两步对映射边界的位置进行优化。首先，算法通过计算映射边界周围的纹理复杂度，然后将映射边界移动到纹理复杂度较小的位置，从而减小纹理映射误差的影响。其次，我们对位于图像边缘的映射边界进行优化，彻底消除纹理映射的误差，从而使得到的三维模型具有真实的纹理特征。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于映射边界优化的三维物体模型纹理映射方法，该算法基于一组彩色二维彩色图像的颜色信息和一个无颜色的三维物体模型，目的是将二维彩色图像的色彩信息映射到三维物体模型上，从而形成彩色的物体三维模型，特征是：

具体步骤如下：

A：利用RGB-D摄像头（带深度信息彩色摄像头）获取实际物体的无色的三维模型和一系列二维彩色图像，并建立三维模型三角网格和二维彩色图像像素点之间的对应关系，即纹理映射关系。

所述的得到的纹理映射关系由下式得到：

P(V_i)=Color(p_Lj)

其中，P(V_i)是纹理映射关系建立后三维模型中三角网格V_i对应的颜色，p_Lj是第L个二维彩色图像中的第j个像素对应的位置，而Color(p_Lj)是像素p_Lj的颜色。需要注意的是，此时，每一个三维模型三角网格可能对应于来自不同二维彩色图像的多个像素点。