[发明专利]基于二维阴影信息的三维模型智能数字化生成方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形学技术领域，特别是一种基于二维阴影信息的三维模型智能数字化生成方法和系统。 

背景技术

随着技术发展的不断进步，3D智能数字化与3D打印技术不断融合，并且飞速发展。其应用领域也越来越广泛，近年来，三维建模在地理信息、城市建筑、机械电子、医疗和航空航天等工业工程领域的实际制造生产过程中发挥了巨大的作用；尤其是，三维建模与3D打印的不断兼容和技术发展，使得3D智能数字化技术应用越来越完善，实现了利用“虚拟”再造“现实”的崭新境界，并且逐渐从工业工程应用领域扩展到生活领域，一方面，使得人们的日常生活越来越便捷、直观和高效，另一方面，使得传统艺术创作与文化有了一个新的发展方向。 

传统的三维建模在上述应用领域所构造和使用的模型日趋复杂，虚拟建模的好坏直接决定了三维模型的沉浸感和真实感。如果模型过于简单，相对的数据量较小，但是不能较好地反应真实对象；如果模型复杂逼真，相对的数据量较大，则在数据的传输、更新和显示方面存在实时处理瓶颈。所以本领域技术人员需要根据具体应用选择适合的建模技术和方法以提高效率和质量。其中，三维建模技术包括基于图像的虚拟建模技术、基于图形的虚拟建模技术以及基于图像和图形混合的虚拟建模技术。基于图像的建模技术不依赖于三维几何建模，其本质上是利用照相机或摄像机采集的离散图像或视频图像(前视、后视、俯视、仰视、侧视、近视、远视以及环视等)作为基础数据，经过图像处理生成真实的全景图像，然后通过适合的模型组织生成虚拟三维模型；基于图形的建模技术是基于几何模型的建模技术，其本质上是利用现有的三维建模软件，以计算机图形学为基础人工对虚拟实体进行建模；基于图像和图形混合的虚拟建模技术是将基于几何模型与基于图像的建模、人工智能等虚拟现实技术结合发展。总之，传统的三维建模技术追求的是真实感强、逼真度高以及实时性强等技术特点。 

此外，传统的三维建模技术大多是利用多张图像、照片或图片生成一个三维模型，是将图片中可辨识的二维的物体转换为可辨识的三维的物体，并且其转换的三维模型通过光照，从其投射出的阴影中均不包含任何含义，更主要的是从模型本身的呈现角度，传统的三维建 模技术转换的三维模型通过光照的角度投射出的阴影是各种各样的，即不可控制的阴影形状，并且不具有任何艺术欣赏价值。 

发明内容

本发明针对传统的三维建模技术追求的技术特点导致的大多是利用多张图像、照片或图片生成一个三维模型，并且其投射出的阴影形状不可控制、不包含任何含义等问题，提供一种基于二维阴影信息的三维模型智能数字化生成方法，通过对单张照片或图片转换为二维阴影图片，并在构造三维模型后将二维阴影图片信息隐藏在三维模型中，可以使得隐藏二维阴影信息的三维模型通过光照的角度投射呈现的阴影为原始图片或照片的形状。本发明还涉及一种基于二维阴影信息的三维模型智能数字化生成系统。 

本发明的技术方案如下： 

一种基于二维阴影信息的三维模型智能数字化生成方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤： 

生成二维阴影步骤，利用图形处理技术将图片或照片转换为二维阴影图片，所述二维阴影图片包括黑白图片信息； 

构造三维模型步骤，将二维阴影图片中的各像素生成二维点云数据，并赋予第三维坐标数据，再重新序列化三维点云数据从而形成三维模型； 

隐藏二维信息步骤，将三维点云数据在二维方向上进行分条处理并在第三维方向上进行叠加处理以形成多个枝条，再对三维点云数据进行透视投影变换从而将二维阴影图片的信息隐藏在三维模型中。 

所述隐藏二维信息步骤中，在形成多个枝条后还随机对每个枝条在第三维方向进行贝塞尔曲线扭曲形成弧度或延伸新的枝杈，再对三维点云数据进行透视投影变换从而将二维阴影图片的信息隐藏在三维模型中。 

在生成二维阴影步骤中通过在0～255的范围内调整第一阀值控制所述黑白图片信息中的黑白二值数据比例以生成不同的二维阴影图片。 

在构造三维模型步骤中利用二维阴影图片中的每个像素的RGB合成值赋予对应的所述第三维坐标的坐标值。 

在构造三维模型步骤中通过在0～255的范围内调整第二阀值控制生成所述第三维坐标的不同坐标值。 

在隐藏二维信息步骤中通过在0～10的范围内选取第三阀值控制所述分条形成的枝条条 数。 

在隐藏二维信息步骤中通过在0～10的范围内选取第四阀值控制所述叠加形成的枝条层数。