CN101430798A - 一种三维彩色物品制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维彩色物品制作方法，其包括如下步骤：用过数码相机获取三维彩色对象至少一个面的二维图像并存储到计算机上；利用三维制作软件在把所获取的二维图像重建成三维彩色模型；利用三维彩色模型生成包含三维元素的三维几何文件和包含色彩元素的色彩文件；将三维几何文件和色彩文件转换成三维打印机可识别的三维打印文件；通过三维打印机把三维打印文件打印出三维彩色物品。本发明用于快速地复制一个三维彩色物品，且耗时短，成本低，制品非常逼真。

Description

一种三维彩色物品制作方法

技术领域

本发明涉及一种三维彩色物品制作方法，其用于根据三维对象制作三维彩色物品。

背景技术

人或其他三维对象过去通常是用传统的相机来拍摄的，最近，数码相机被用来拍摄三维对象的二维图片，这些数码图像信息的储存给人更加深刻的细节和色彩的印象感，然后被用于以后的浏览和打印。图1即表示该过程：数码相机12拍取一个三维对象10的一个或多个二维图片，然后数码相机12通过存储卡或数据线把二维图片转存到计算机14上，后者把二维图片通过与之连接的打印机16打印出彩色照片18。其中数码相机12有一个镜头用来摄取来自于三维对象10的光线，三维对象10的光线被收集送往数码相机内的电荷耦合器(CCD)或其他图像感应器上。电荷耦合器(CCD)将摄取的光线转换成代表颜色和阴影度的像素，像素被数码相机12以标准的格式储存着，例如：联合图像专家组格式(JPEG)或者位图格式(BMP)，这些像素可能表现为某种形式，例如贝尔(BAYER)形式。在此有些位置(X，Y)上可能有某些色彩的像素，但缺乏其他像素的色彩，这就要求插入缺少的色彩。数码相机12的存储卡被插入到计算机14一个特殊的读取器，或者一种接口，诸如USB线，被用来传输图像文本到计算机14，计算机14接收到来自数码相机12的JPEG的图像文本，以JPEG格式文件显示的图像文本可能被转换成像素并显示于计算机14上，或者被转换成可打印的像素并通过打印机16打印出来，打印机16能输出三维对象10的二维彩色照片18，尽管有颜色和细节，但是彩色照片18仍然是平面的图像，因为照片缺乏立体感，它还不是三维对象10的完美代替。

图2表示一种三维对象制作过程：其包括三维数码相机20和20’以及三维打磨(精雕)机24，三维数码相机20拍取三维对象10的三维图像，三维相机能使用多种技术用以获取不仅包括二维图像，而且包括三维对象10的三维信息，例如，某些三维相机可能置有实际接触三维对象10表面的机械探头.当机械探头沿着三维对象10表面滑过时，三维数码相机20拍取探头的运动轨迹，该运动轨迹对应于三维对象10的三维特征。三维数码相机20的其他技术可能使用激光测距仪以测定三维数码相机20与三维对象10外表位置之间的距离，该测距仪可以沿着三维对象10横跨扫描；另一种方法是投射坐标网格线到三维对象10表面，然后被投射网格上的扭曲像呈现在三维对象10表面，被三维数码相机20拍取，坐标网格线可能有不同的色彩辅助轮廓的识别；还有一种是时间变动性的正弦曲线也能够被投射到三维对象10表面，三维数码相机获取不同时刻的变化，另一种三维数码相机20’可能用于拍取富有立体感的图像，或者移动三维数码相机20从不同的侧面或角度取景，然后组合成单一的三维对象10的三维模型，三维信息能储存为Z的轮廓图或者附加于相机拍取的普通二维图象信息的距离资料，再以某些标准的三维几何文本格式诸如DXF，VRML和STL的形式存在，也可以使用不同的专有格式。三维打磨机24从三维数码相机20中读取几何文本，并通过钻头22在坯体28上打磨出三维物品26轮廓，不同的快速原型系统可利用，例如计算机数码控制(CNC)打磨机，三维打磨机24收到三维数码相机20发送过来的几何文本并转换成一系列钻头22的转动，坯体28加载于三维打磨机24上，并能够通过翻转机25上下左右移动和翻转，以让钻头22在坯体28表面理想的位置切削，经过一段时间后，钻头22将坯体28切削成三维物品26，打磨后的三维物品26是经三维数码相机20拍取和转换为几何文本发送到三维打磨机24后的三维对象10的替代像，尽管打磨后的三维物品26是三维对象10的三维替代像，但是它可能缺少三维对象10的色彩、质感和其他部分特征。例如：坯体28可能是蜡块或者软塑料，这样打磨后的三维物品26只有一种色调和质感，不像三维对象10那样有不同的色调和质感。在上述两个三维对象10的复制过程中，第一种方法所得到的二维彩色照片18把三维对象10的色彩和质感细节信息缺失了；第二种方法所得到的三维物品26未能圆满地拷贝三维对象10的色彩、细节信息和外形。

图3表示公知的又一种三维对象制作过程，三维对象30的图像经数码相机31拍取图片后传送至计算机，计算机将图片通过打印机33打印出彩色照片34或者由图片处理软件处理成图像32显示在计算机上的，在彩色照片34的基础上，雕刻家用粘质材料35雕刻出脸部和头部轮廓与彩色照片34或者图像32相似的湿坯36，湿坯36需要进行硬化处理，例如放到微波炉37或者烤炉中进行加热或烧结形成干坯38。然后绘画家根据彩色照片34或者图像32在干坯38上对应位置绘上相应的色彩，包括皮肤颜色、面部特征和头发颜色，绘制完成后，将完全着色的干坯38安装与身体塑像组成一个完整的三维物品39。从中可以看出，雕刻一个人的面部和头部轮廓是容易的因为它没有类似于个人特点的问题，但是通常是要雕塑一个具有细节性的头像是高难度的，既费时又昂贵。

还有一种三维物品的制作方法是在不同的位置来进行拍照，获取脸部、眼睛、鼻子、耳朵、嘴巴和头部的各部分的比率，然而多种技术同时运用来雕塑一个人的脸部和头部是很容易出错的并且是费时的，质量不一致的同时又十分昂贵。美国专利US6244926的拥有者乔治提供了一个体系和方法来生产玩偶的头部，特别是用于小孩头部的制作，这些面部特征的选择包括7种面部轮廓的要素：肤色、眼睛颜色、睫毛颜色、眉毛颜色、厚度和形状、头发颜色、长短和发型、胎记、痣或斑点。这些收集到的特征被运用于玩偶头部的制作形成以一个个性化的玩偶。美国专利US4993987的所有者赫尔关于制作一个个性化玩偶的阐释：拍取例如母亲的面部照片，运用在玩偶的制作过程中。鉴于上述技术的缺陷，三维物品的制作需要一个更加精确的发明出现，完美的制作方法是使三维物品制作不昂贵、逼真、质量有保证、费时少，并且能真实体现三维对象原有的色彩、轮廓和深度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种三维彩色物品制作方法，其能够在较短的时间内以较低的成本制作逼真的三维彩色物品。

本发明所采用的技术方案是这样的：一种三维彩色物品制作方法，包括如下步骤：

a)、用过数码相机获取三维彩色对象至少一个面的二维图像并存储到计算机上；

b)、利用三维制作软件在把步骤a的二维图像重建成三维彩色模型；

c)、利用三维彩色模型生成包含三维元素的三维几何文件和包含色彩元素的色彩文件；

d)、将三维几何文件和色彩文件转换成三维打印机可识别的三维打印文件；

e)、通过三维打印机把三维打印文件打印出三维彩色物品。

基一同一发明构思，本发明提供又一种三维彩色物品制作方法，包括如下步骤：

a)、用三维数码相机获取三维彩色对象的三维彩色模型并存储到计算机上；

b)、利用三维彩色模型生成包含三维元素的三维几何文件和包含色彩元素的色彩文件；

c)、将三维几何文件和色彩文件转换成三维打印机可识别的三维打印文件；

d)、通过三维打印机把三维打印文件打印出三维彩色物品。

通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：本发明所提供的制作的方法克服了以前对三维物体描述不够逼真的缺陷，同时所制得的三维彩色物品不再像以前那么昂贵，制作过程也不像以前那样的费时，重要的是做成的三维彩色物品非常逼真，表现在三维彩色物品的色彩、轮廓和深度等与原型非常接近。

附图说明

图1是公知的从三维对象获取二维图片的制作过程；

图2是公知的从三维对象获取三维物品的制作过程；

图3是公知的另一种从三维对象获取三维物品的制作过程；

图4是实施例从三维对象获取三维物品的制作过程；

图5是实施例从三维对象获取三维物品的流程方框图；

具体实施方式

参考图4及图5，实施例公开一种三维彩色物品制作方法，头部侧面和正面的照片由传统相机或数码相机40拍取然后由三维制作软件41重建成三维彩色模型，三维彩色模型包含三维几何文件和色彩文件(简称三维图像文件42)，在重建三维彩色模型时可能会用到三维制作软件。电脑制作者在普通的计算机上制作三维彩色模型时，可以利用三维制作软件根据提供的二维彩色照片的面部特征进行雕塑。在三维制作软件41雕塑完成的头像上覆盖同彩色照片中头和脸部一样的色彩，这样一个三维彩色模型重建就完成了。这些软件是来自美国的商用三维制作软件例如由Autodesk开发的3D studio max和Maya，由Rhinoceros开发的Rhin，由AutoDesSys公司开发的From-z，由Pixologic开发的Zbrush。

由三维制作软件41重建的三维彩色模型的细节被置于三维几何文件中，这个三维几何文件可能包含有标准文件格式例如DXF，STL，OBJ，VRML或IGES，该三维几何文件包含三维坐标数据，另外还包括一个三维彩色模型表面色彩的色彩文件。

由三维制作软件41生成的三维几何文件和色彩文件经过转换变成可被三维打印机44接收和识别的三维打印文件43，例如VRML或STL格式。在三维图像文件42被转化成可被三维打印机44的识别的格式之前，色彩文件可能调整光度、黑暗度或色泽。

可打印的三维打印文件43发送到三维打印机44，例如由美国波士顿Z公司生产的Z510或者Z410彩色打印机。三维打印机44利用惠普彩色打印头45打印出彩色的具有细节的三维头像46，具体地说，三维打印机44通过打印软件把三维图像切割成成千上百个层面，每一层面包含每个位置的几何结构和对应颜色，三维打印机44则需要将这些出自软件切割的每个层面使用特殊的石膏粉重组起来，然后将色彩打印到已经铺好的石膏粉层面来完成三维彩色模层，同时三维打印机44要在各个层面上同时将这些切割的层面用粘合剂重组起来，每个层面色彩的建立都和下一个层面是相关的，最后所有的层面被打印出来同时打印出的三维物体有颜色，这样一个逼真的三维头像46就形成了。

三维头像46可能被刷、砂光滑，被清洗然后用氰基丙烯酸酯或其他液体使其硬化，然后通过弹簧或其他东西与身体连接起来，这样一个彩色的三维雕像47就完成了。其中三维雕像的身体可能是同制作一个彩色的头部雕像一样的过程。

在图5中，用方框图的形式描述前述三维彩色雕像的制作过程：

在步骤101中，正面和侧面的照片由数码相机拍摄好后转存到计算机。

在步骤102中，三维制作软件用来根据正面的照片的几何图形重建出三维模型，并且显示了脸、鼻子、眼睛、牙齿和嘴巴。侧面的照片用来建立额头、下巴和鼻子的高度和深度，三维模型经过电脑雕塑以后和照片相符了，最后用二维照片覆盖到三维头像上，一个彩色三维模型就这样做成了。有两个文件可能是由三维制作软件制作生成的：一个包含三维数据的三维几何文件和一个包含色彩数据的色彩文件。三维几何文件的数据通常是有行业标准的，例如：自动电脑辅助设计的DXF，GES，VRML或STL格式。三维几何文件可能是素色的(黑白或是灰色)，然而二维的色彩文件包含色彩的信息。

在步骤103中，三维几何文件和色彩文件由三维制作软件输出。

在步骤104中，三维打印机44打印出彩色的三维头像46。这其中一些过程可能被三维打印机的软件程序或另一台计算机代替，例如扩大三维物体的尺寸，将OBJ/VRML/STL格式的三维几何文件转化成三维打印机可识别的三维打印文件。

在步骤105中，三维打印机44完成的三维头像46用弹簧或不用弹簧与身体连接起来，这样一个完整的三维雕像47就形成了，身体可能用与头一样的步骤进行打印，也可能用与头不一样的材料事先做好的。

在上述实施例中，通过数码相机获取三维彩色对象的正面和侧面，也可以通过数码相机获取三维彩色对象的一个正面二维彩色照片，并据此重建成三维彩色模型，由此可见，通过一张正面的二维彩色照片可以满足重建要求，但逼真的三维彩色模型优选为二张以上不同视角的二维彩色照片。

需要说明的是，某些情况下，由三维制作软件生成的三维几何文件和色彩文件通过特定的格式存在时，其本身能够被某些三维打印机识别并打印，此时本发明的步骤(将三维几何文件和色彩文件转换成三维打印机可识别的三维打印文件)可以省去，但省去该步骤同样是基于与本发明相同的发明构思，解决相同的技术问题，并且总体上表现为采用相似的技术方案，因此，省略该步骤仍然应属函盖在本发明的技术方案在内。

几个供选择的方案已被发明者深思熟虑过了，比如把本发明的步骤1和步骤2通过三维数码相机执行，即用三维数码相机获取三维彩色对象的三维彩色模型并存储到计算机上，从而由三维数码相机提供的数据重建一个三维彩色模型并制作一个三维的面部或整个头部最后做成整个三维彩色雕像是可以实现的。来自三维数码相机的细节可能决定了三维几何文件的细节，两个文件可能都由三维数码相机生成：一个包括三维数据的三维几何文件和包括颜色数据的二维色彩文件。三维几何文件数据以一定的行业标准格式显示，例如：自动计算机辅助设计的DXF、IGES或STL格式。三维几何文件可能是素色的(黑白或是灰色)，然而二维的图像文件包含色彩的信息。例如由日本柯尼卡美能达VIVID 900提供的三维数码相机。三维体系的建立至少需要一张正面和一张侧面的照片，更加精确的三维几何文件的建立需要一张以上不同角度拍摄的侧面照片。一个三维彩色雕像可能从头到脚的制作过程是一样的，也可能身体是用树脂或其他的材料事先做好的，然后装上彩色的三维头像。把三维头像安装到身体上的方法是多种多样的，例如，在雕像的头部的里面可以放一块磁铁，在身体脖子的顶部放一块金属片，这样头就可以轻松的安装到身体上去，同时头也可以搭配各种身体。

本发明是关于制作一个三维彩色物品的发明。上文说明的是一项在普通图片的处理技术在这项发明中的运用，以及该发明的特定应用和操作要求。经过各种修改后图片处理技术被运用于其中，同时也可运用于其他类似的方面。因此，本发明不仅仅局限于特殊图像的显示和描述，还可以广泛地运用于与之原则相关和特点相同的方面。

Claims (2)

1、一种三维彩色物品制作方法，其特征在于包括如下步骤：

a)、用过数码相机获取三维彩色对象至少一个面的二维图像并存储到计算机上；

b)、利用三维制作软件把步骤a的二维图像重建成三维彩色模型；

c)、利用三维彩色模型生成包含三维元素的三维几何文件和包含色彩元素的色彩文件；

d)、将三维几何文件和色彩文件转换成三维打印机可识别的三维打印文件；

e)、通过三维打印机把三维打印文件打印出三维彩色物品。

2、一种三维彩色物品制作方法，其特征在于：包括如下步骤：

a)、用三维数码相机获取三维彩色对象的三维彩色模型并存储到计算机上；

b)、利用三维彩色模型生成包含三维元素的三维几何文件和包含色彩元素的色彩文件；

c)、将三维几何文件和色彩文件转换成三维打印机可识别的三维打印文件；

d)、通过三维打印机把三维打印文件打印出三维彩色物品。

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