[发明专利]人像高浮雕建模方法及建模系统

说明书

本发明公开了一种人像高浮雕建模方法及建模系统，属于浮雕建模技术领域，要解决的技术问题为如何将3D人像模型贴合在背景面上形成人像高浮雕。该方法包括如下步骤：判断3D人像模型中顶点的可见性，并在3D人像模型的负向非遮挡区域中选取z坐标最大的顶点为背景点；计算增强后3D人像模型三角面片法向为目标法向，对于压缩后3D人像模型，将其三角面片法向与目标法向重叠、并计算重叠后3D人像模型每个顶点的梯度作为目标梯度；以背景点z坐标等于零为边界条件，求解能量方程对3D人像模型进行高度场优化，将优化后背景点约束到背景面上。建模系统，包括背景点提取模块、增强压缩模块和优化模块，用于通过人像高浮雕建模方法构建人像高浮雕。

技术领域

本发明涉及浮雕建模技术领域，具体地说是一种人像高浮雕建模方法及建模系统。

背景技术

人像高浮雕依附在背景面之上，厚度虽经过压缩处理，其结构仍为3D形态，具有强烈立体感和叙事性，在建筑装潢领域应用广泛。

现有人像高浮雕设计需要借助专业商业软件，专业性强、费时费力。近年来，随着3D扫描硬件设备的不断发展，3D模型获取更加方便，为高浮雕设计提供了丰富的素材。以3D模型为输入，同一模型可以变换不同的映射角度，极大提高了设计的多样性。但是，3D模型形态复杂，并不能直接贴合在背景面之上，映射时需要对其结构进行几何优化。

如何将3D人像模型贴合在背景面上形成人像高浮雕，是需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上不足，提供一种人像高浮雕建模方法及建模系统，来解决如何将3D人像模型贴合在背景面上形成人像高浮雕的问题。

第一方面，本发明提供一种人像高浮雕建模方法，以3D人像模型中选取的背景点为边界条件，对3D人像模型进行深度优化生成人像高浮雕，所述人像高浮雕与背景面紧密贴合，所述方法包括如下步骤：

基于3D人像模型的顶点法向量及选取的视线向量，判断3D人像模型中顶点的可见性，并在3D人像模型的负向非遮挡区域中选取z坐标最大的顶点为背景点；

对3D人像模型顶点进行法向细节增强，计算增强后3D人像模型三角面片法向为目标法向，对3D人像模型顶点z坐标进行线性压缩，对于压缩后3D人像模型，将其三角面片法向与目标法向重叠、并计算重叠后3D人像模型每个顶点的梯度作为目标梯度；

基于目标梯度以及模型深度构建包括梯度约束项和深度约束项的能量方程，以背景点z坐标等于零为边界条件，求解上述能量方程对3D人像模型进行高度场优化，并将优化后背景点约束到背景面上。

更优的，还包括通过如下步骤增补背景点：

在3D人像模型的顶点中，选取其法向与z轴负向夹角小于阈值ε、高斯曲率为正、且z坐标大于背景点的顶点作为种子点；

通过K-means聚类算法，将种子点在三维空间内聚类为若干区域；

对于每一个聚类后的区域，计算其邻域中心点的z坐标平均值，并基于所述区域相关的中心点z坐标与z坐标平均值之间的差值，得到所述区域对应的z坐标差值；

对z坐标差值进行归一化，选取一个阈值，从上述若干区域中排除大于阈值的区域，对于剩余的区域，选取区域内距离中心点最近的种子点为新的背景点。

作为优选，基于3D人像模型的顶点法向量及选取的视线向量，判断3D人像模型中顶点的可见性，包括如下步骤：

设定视线向量为v＝[0,0,-1]，3D人像模型顶点p对应的顶点法向量为n，如果视线向量v与顶点法向量n之间的点积v·n＞0，即视线向量v与顶点法向量n之间夹角小于90度，顶点p判定为负向，否则顶点p判定为正向；