[发明专利]一种基于多方向场的逼真的静态头发建模方法

权利要求书

1.一种基于多方向场的逼真的静态头发建模方法，其特征在于：所述的建模方法分为3个阶段，具体如下：

第1阶段，生成带方向的三维发丝段头发模型，该阶段首先利用方向滤波算子求解二维方向场，并求解可靠的二维发丝段，然后利用PMVS(Patch-basedMulti-ViewStereo)算法生成带方向的头发点云数据，最后利用发丝段生成算法生成带方向的三维发丝段头发模型；

第2阶段，基于第1阶段的结果求解方向场并进行保留结构的规则化，该阶段分为2个步骤：

(1)根据第1阶段的结果，利用带约束的热扩散方程分别求解内部方向场、内部距离场和表面结构方向场；

(2)对内部方向场进行规则化映射和扩散，得到保留结构的规则化方向场；

第3阶段，基于第2阶段的结果构建基于多方向场的静态头发模型，该阶段分为3个步骤：

(1)使用构建形状分布的方法，在头模型上指定区域生成均匀分布的发根，发根点方向由该点的切线和法线方向确定；

(2)使用保留结构的方向场和头发模型结构约束，构建发丝生长规则，逐点生长发丝；

(3)对生成的头发模型进行能量优化，生成逼真的三维发丝头发模型。

2.根据权利要求1所述一种基于多方向场的逼真的静态头发建模方法，其特征在于：所述第1阶段中利用发丝段生成算法生成三维发丝段头发模型的方法包括以下子步骤：

步骤(A1)、从PMVS算法生成的头发点云P中选取可信度大于某一阈值的点组合生成三维发丝段头发模型的种子点{SP_i}，并将种子点按可信度由大到小排序；

步骤(A2)、从一个种子点SP_i出发，追踪出一段三维发丝段S，S是由三维空间中一系列的点{p₁,p₂,...,p_n}连接而成，通过如下追踪操作生成一条三维发丝段上的点：

步骤(A2.1)、对于一个种子点SP_i，首先求得该种子点处的头发生长方向t(SP_i)＝±O(SP_i)，O(SP_i)为带方向的头发点云P中SP_i处的三维方向场；

步骤(A2.2)、对于发丝段S中每一步生长的新点p_i，当生长步长是δ时，求得临时新点的位置p_{i_temp}＝p_i+t(SP_i)δ；

步骤(A2.3)、通过移动最小二乘法MLS函数求得p_{i_temp}在点云P表面上对应的新点p_{i_MLS}＝MLS(p_{i_temp},P)；

步骤(A2.4)、通过二维发丝段修正函数对p_{i_MLS}进行可靠的二维发丝段修正，得到修正后的点p_{i_2DCorr}，修正函数定义为p_{i_2DCorr}＝Tra2DCorr(p_{i_MLS},V_J,S2D)，其中，V_J为所有标定的多视点图像，S2D为所有生成的可靠二维发丝段，其处理过程为：对于输入点p_{i_MLS}，首先将其投影到所有的V_J中，若在可靠的二维发丝段S2D中能够找到该点，则为可靠的生长点，p_{i_2DCorr}＝p_{i_MLS}，否则通过最小化能量函数进行修正，V_j表示第j个视点图像，图像V_j的投影矩阵为通过公式来求得，其中(x₁,x₂,x₃)是p_{i_MLS}对应的三维空间点，是S2D上距离二维投影点在阈值0.1mm内的最近点，最终修正后的点为pi_2DCorr=MVj-1(uVj,vVj,dVj)T;]]>

步骤(A2.5)、对p_{i_2DCorr}使用最小二乘法MLS函数得到最终的点p_{i_final}＝MLS(p_{i_2DCorr},P)，若满足以下两条件，则p_{i_final}终止生长：1)|O(p_{i_final})·O(p_i)|<0.9，点云P中点p_{i_final}和点p_i处的方向O(p_{i_final})和O(p_i)不兼容，2)表示点云P中点p_{i_final}处周围点的数量；否则将点p_{i_final}加入到三维发丝段S中，继续生长新点，直到满足终止条件；

步骤(A3)、将生成的三维发丝段S进行平滑操作，并将平滑后的S添加到三维发丝段头发模型S3D中，同时将种子点SP_i从{SP_i}移除；

步骤(A4)、重复步骤(A2)(A3)，直到{SP_i}中所有种子点都被移除为止；

步骤(A5)、对生成的三维发丝段头发模型S3D进行方向一致性计算，使得每根发丝S的方向都是沿重力方向生长，同时沿远离头皮方向生长。