CN103136381A - 一种菲林制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种菲林制作方法，该方法通过对样本的采样，得到三维模型；再通过对三维模型的降维得到二维模型，而后对二维模型进行生长放大，得到所需尺寸的二维模型；再次，对二维模型进行升维处理，得到三维模型；最后，根据三维模型得到菲林图案，并且输出。本发明的菲林制作方法能够根据已知的立体纹样本灵活的生成所需尺寸的纹路更精确的高仿真菲林，并能动态仿真立体纹模具制作时所需的菲林。

Description

一种菲林制作方法

技术领域

本发明属于菲林的制作领域，尤其涉及一种立体纹菲林的制作方法。

背景技术

随着科学技术的进步和人民生活水平的提高，汽车和电子设备的应用日益普遍，这些消费品的美观及手感也越来越受到人们的关注和重视。很多人都喜欢自然纹理如皮纹、木纹、布纹等，这些自然纹理在空间上并非平面状，呈现出立体效果，具有良好的外观和触感，因而在电子产品的外壳、汽车的内饰设计中被广泛的加以运用。

以车辆内具有皮纹效果的内饰件为例，目前为追求汽车内饰的高档化、舒适化，车辆内饰多采用皮质材料，但由于皮质材料的价格较高，使得多数厂家不得不转向于具有皮纹效果的注塑件的研发，模具皮纹工艺也就应运而生。模具皮纹工艺一般是将皮纹效果制作在磨具内后，然后采用塑料注塑成型工艺在塑胶产品上加以成型达到皮纹效果，通常情况下，对于制作模具皮纹而言要在模具表面得到要求的立体皮纹图案，需要蚀刻多次，制作菲林时也就需要设计多菲林，这些菲林作为模具皮纹工艺的根本，其图案的精确性将直接决定着最终产品的皮纹效果，故而菲林的制作技术成为该工艺流程中的关键。

如何对物理皮纹进行准确高效的三维仿真是当前计算机辅助皮纹设计领域研究的热点，在已知的文献中，日本学者Kazunori Miyata采用粒子随机运动扩散生长的模型生成逼真的三维皮纹，采用结构元扩展仿真的方法对皮纹进行建模，但该类方法所产生的皮纹样式有限。

发明内容

本发明为解决现有方法不能根据已知的立体纹样本灵活的生成所需尺寸的纹路更精确的高仿真菲林，并动态仿真立体纹模具制作时所需的菲林的技术问题，提供一种新的菲林制作方法。

一种菲林制作方法，包括以下步骤：

步骤1，清洗：对具有立体纹的样本进行清洗；

步骤2，三维扫描：采用三维扫描设备对样本进行扫描，根据所得的三维数据构建该样本的三维模型；

步骤3，降维处理：对已建立的三维模型进行降维映射操作，得到样本的二维模型；

步骤4，生长放大：利用图像的扩展合成算法，对样本的二维模型进行自适应的生长放大，得到所需尺寸的二维模型；

步骤5，升维处理：利用升维的方法将生长放大后的二维模型映射为三维模型，进而得到所需的菲林图案；

步骤6，输出菲林：将所述的菲林图案输出后得到相应的菲林。

在本发明的菲林制作方法中，样本表面的立体纹可以是皮纹、木纹或者布纹。

在本发明的菲林制作方法的步骤2中，得到的三维数据需要满足生长放大所需要的尺寸和表面精度条件。

在本发明的菲林制作方法的步骤2中，三维数据的表面误差小于样本表面立体纹厚度的1%。

在本发明的菲林制作方法中，在进行降维处理之前，要对步骤2得到的三维模型进行去噪和/或局部翘曲的处理。

在本发明的菲林制作方法的步骤3中，采用色彩属性表示三维模型的空间属性。

在本发明的菲林制作方法中，三维模型较大时，采用局部分块、映射重拼接的方式实现降维处理。

在本发明的菲林制作方法中，降维处理时，采用局部平面和/或曲面拟合的方法确定三维数据的高度信息。

在本发明的菲林制作方法中，三维数据的高度信息和法向信息分别与颜色属性的对应位对应。

在本发明的菲林制作方法中，在生长放大时，根据立体纹的局部相似性对二维模型进行过渡、融合。

本发明提出的菲林制作方法，能根据已知的模具立体纹样本灵活的生成所需尺寸的纹路更精确的高仿真菲林，依据三维立体纹模型可动态的对立体纹模具加工中所需的菲林进行仿真，结果直观、可靠，精度高，能复制任意纹路的立体纹，可广泛应用在立体纹模具的生产领域。

附图说明

图1是模具皮纹样本图。

图2是采集得到的三维皮纹样本模型图。

图3是三维皮纹样本模型映射为图像空间的二维模型图。

图4是二维模型的自适应生长扩展图。

图5是二维模型映射为三维空间中对应的三维模型图。

图6是菲林输出仿真图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提出一种菲林制作方法，包括以下步骤：

步骤1，清洗：对具有立体纹的样本进行清洗，以保证样本表面上无灰尘、杂质，以免影响最终的测试效果；所述立体纹是指样本表面的纹理在空间上不在同一平面上，而是具有一定的凹凸起伏。可以理解的是，自然界中，很多物体自然呈现的纹理即为立体纹；所述具有立体纹的样本可以为各种动物的皮革，具有自然的立体皮纹；也可以为各种植物的表皮，具有自然的立体木纹等。所述清洗的方法可以现有常规的清洗方法，例如：采用酒精或者其他清洗剂进行清洗，目的在于保证样本表面的清洁。

步骤2，三维扫描：采用三维扫描设备对样本进行扫描，根据所得的三维数据构建该样本的三维模型。

在本步骤中，所述三维扫描设备可通过一定的方式对待测量样本进行扫描，从而输出该样本的三维信息（即该样本的三维数据），用于构建该样本的三维模型；所述三维扫描设备可以为现有常规的三维扫描设备，例如：光学扫描仪、激光三维扫描等；一般来说，如本领域技术人员所知，所述三维模型的构建主要是在计算机中进行。

得到的三维数据需要满足生长放大所需要的尺寸和表面精度条件；对于尺寸，应该根据实际需要而定，包含自然立体纹的大部分纹路图案即可，表面精度应满足肉眼观察时无局部“颗粒状”凹凸不平的分布情况存在即可。另外，得到的三维数据的表面误差应该小于样本表面立体纹厚度的1-5%；例如：皮纹的立体厚度通常在1mm左右，人的视觉角越位1/3440，在约5cm左右观察时，可分辨的大小为14.5um，亦即测量时表面精度小于14um时，肉眼观察的结果均为比较光顺，加上制造的误差，采集的精度应更高一些。

步骤3，降维处理：对已建立的三维模型进行降维映射操作，得到样本的二维模型。

在本步骤开始前，一般需要对步骤2得到的三维模型进行去噪和/或局部翘曲的处理。在去噪时采用保特征的三维模型光顺算法,如：Meanshift等。去除翘曲时采用保体积、表面积和形态的曲面变形算法（Shape Preserving Mesh Deformation Algorithm ），采用薄板变形的原理对三维模型施加相应的反作用力，直至翘曲消除。

在本步骤中，利用图像的色彩属性表示三维模型的空间属性，例如：假设图像的色彩空间为RGBA，用R,G,B分别表示定点的x，y，z坐标，A表示定点的法向或者曲率信息，即可完成三维数据到二维数据的一一映射，进而得到图像空间中的二维立体纹本样本模型。另外，针对较大尺寸的立体纹样本，应当采用局部分块、映射重拼接的方式实现三维模型到二维模型的降维操作；也就是，把较大的立体纹样本均分为大小相等的小块，然后对小块进行上述降维处理，并采用网格融合算法重新拼接融合到一块,如：基于 Poisson Surface Reconstruction，Radial Basis Function等的算法。同时，在进行降维映射时，采用局部平面（曲面）（如：最小二乘，Bspline，Nurbs曲面）拟合的方法确定三维数据的高度信息，坐标位置（x，y，z）信息和法向信息（曲率信息）分别与颜色属性的RGBA一一 对应。

步骤4，生长放大：利用图像的扩展合成Image synthesis（参考Imagesynth软件）算法，对样本的二维模型进行自适应的生长放大，得到所需尺寸的二维模型。采用Image synthesis合成算法对二维图像进行扩展合成前，首先对图像进行特征分析，并求出其对应的Ridge和Ravine lines，结合形态学算法求出其对应的主特征纹路；在自适应生长时，确保原图像的主纹路与复制图像的主纹路满足实际的纹路走向需求，必要时需要人工干预。

在进行二维模型的自适应生长时，应确保所获得模型纹路的清晰以及扩展出的过渡自然；采用局部纹路相近的方式进行融合过渡，确保原始图像与复制图像间有充足的重合区域，并且重合处主纹路相近。

步骤5，升维处理：利用升维的方法将生长放大后的二维模型映射为三维模型，进而得到所需的菲林图案。升维是降维的逆向过程，假设所得的图像采用RGBA空间表示，R,G,B分别表示三维模型顶点的x，y，z坐标，A表示定点的法向或者曲率信息，则其反映射即可得三维模型对应的几何信息。

步骤6，输出菲林：将所述的菲林图案输出后得到相应的菲林。在输出菲林时，首先求出三维模型的OBB包围盒，确定三维模型的近似高度（厚度），通常选取包围盒长度最小的边为模型的高度（厚度），然后采用最小二乘的方法对三维模型进行拟合得到最佳切割平面，切割平面的法向即为切割方向，切割时把切割平面移到三维的模型0高度位置。在切割过程中，标记落在切割平面正反两侧的曲面分别为黑色和白色，黑色和白色曲面投影到切割平面上后，即可得到对应的菲林图案。

实施例1：

步骤1、清洗：对具有皮纹样本用酒精彻底的清洗，以保证表面的清洁。

步骤2、三维扫描：首先利用精密三维光学扫描仪对模具皮纹样本（如图1）进行数字化得到三维皮纹样本模型，如图2。测量时表面精度取13um；然后进行去除数据噪声、局部翘曲后处理，去除局部翘曲时，依据三维皮纹模型是由平面模型的点沿法向的正反方向随机扩展所得。

步骤3、降维处理：将三维样本切成2cm*2cm的小块，用图像的色彩属性R,G,B分别表示三维空间定点的x，y，z坐标，对局部平面（曲面）拟合确定三维皮纹数据的曲率信息和法向信息，其与色彩属性A对应，完成三维数据到二维数据的一一映射，得到图像空间的二维皮纹样本模型，如图3。

步骤4、 生长放大：对图像进行特征分析，求出其对应的Ridge和Ravine lines，结合形态学算法求出其对应的主特征纹路；利用图像的扩展合成Image synthesis算法，对样本的二维模型进行自适应的生长放大，得到所需尺寸的二维模型10cm*10cm 如图 4。

步骤5、升维处理：升维是降维的逆向过程， 用R,G,B分别表示三维模型顶点的x，y，z坐标，A表示定点的法向或者曲率信息，则其反映射即可得三维模型对应的几何信息。采用升维的方法把二维皮纹模型映射为三维空间中对应的皮纹模型，并进行相应的裁剪，如图 5。

步骤6，输出菲林：三维模型的近似高度（厚度）为80 um，每隔20 um切一次，生成加工皮纹模具所需的菲林图案，如图 6。

实施例2：

步骤1、清洗：对木纹的样板清洗。

步骤2、三维扫描：首先利用精密三维光学扫描仪对模具木纹样本进行数字化得到三维木纹样本模型。表面误差为木纹厚度的12um；然后进行去除数据噪声、局部翘曲等后处理。

步骤3、降维处理：将三维样本切成2cm*2cm的小块，用图像的色彩属性R,G,B分别表示三维空间定点的x，y，z坐标，对局部平面（曲面）拟合确定三维木纹数据的曲率信息和法向信息，其与色彩属性A对应，完成三维数据到二维数据的一一映射，得到图像空间的二维木纹样本模型。

步骤4、 生长放大：对图像进行特征分析，对木纹样板的二维模型进行自适应的生长放大，得到所需尺寸的二维模型25cm*17cm 。

步骤5、升维处理：升维是降维的逆向过程， 用R,G,B分别表示三维模型顶点的x，y，z坐标，A表示定点的法向或者曲率信息，则其反映射即可得三维模型对应的几何信息。采用升维的方法把二维木纹模型映射为三维空间中对应的木纹模型。

步骤6，输出菲林：三维模型的近似高度（厚度）为40um，每隔15 um切一次，生成加工木纹模具所需的菲林图案。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种菲林制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，清洗：对具有立体纹的样本进行清洗；

步骤2，三维扫描：采用三维扫描设备对样本进行扫描，根据所得的三维数据构建该样本的三维模型；

步骤3，降维处理：对已建立的三维模型进行降维映射操作，得到样本的二维模型；

步骤4，生长放大：利用图像的扩展合成算法，对样本的二维模型进行自适应的生长放大，得到所需尺寸的二维模型；

步骤5，升维处理：利用升维的方法将生长放大后的二维模型映射为三维模型，进而得到所需的菲林图案；

步骤6，输出菲林：将所述的菲林图案输出后得到相应的菲林。

2.如权利要求1所述的菲林制作方法，其特征在于：所述样本表面的立体纹为皮纹、木纹或者布纹。

3.如权利要求1所述的菲林制作方法，其特征在于：步骤2中，得到的三维数据要满足生长放大所需要的尺寸和表面精度条件。

4.如权利要求3所述的菲林制作方法，其特征在于：步骤2中，所述三维数据的表面误差小于样本表面立体纹厚度的1%。

5.如权利要求1所述的菲林制作方法，其特征在于：在进行降维处理之前，对步骤2得到的三维模型进行去噪和/或局部翘曲的处理。

6.如权利要求1所述的菲林制作方法，其特征在于：在步骤3中，采用色彩属性表示三维模型的空间属性。

7.如权利要求1所述的菲林制作方法，其特征在于：三维模型较大时，采用局部分块、映射重拼接的方式实现降维处理。

8.如权利要求1所述的菲林制作方法，其特征在于：降维处理时，采用局部平面和/或曲面拟合的方法确定三维数据的高度信息。

9.如权利要求8所述的菲林制作方法，其特征在于：所述三维数据的高度信息和法向信息分别与颜色属性一一对应。

10.如权利要求1所述的菲林制作方法，其特征在于：在生长放大时，根据样本上立体纹的局部相似性对二维模型进行过渡、融合。

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