CN105069833A - 能够保持纹理信息数据的三维模型修补方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种能够保持纹理信息数据的三维模型修补方法，包括以下步骤，步骤1，三维模型数据空洞修补及细节增强；步骤2，三维模型顶点近邻关系计算；步骤3，纹理数据重采样计算；步骤4，三维模型及纹理数据输出。本发明通过步骤1，能够对三维模型数据进行空洞修补及细节增强，最终得到修补后的三维模型P；通过步骤2自动分析修补后的三维模型顶点和修补前的三维模型顶点之间的近邻关系，通过步骤3，根据修补前的三维模型的纹理信息自动插补得到修补后和三维模型的纹理信息，最终通过步骤4输出得到标准的带纹理的三维模型数据文件。因此，能在原有待修复三维模型纹理数据信息的基础上，保持原有三维数字模型外观的彩色纹理信息。

Description

能够保持纹理信息数据的三维模型修补方法

技术领域

本发明属于图像数据处理技术领域，具体地涉及一种能够保持纹理信息数据的三维模型修补方法。

背景技术

现有的三维数字模型修补算法关注于对模型空洞、表面细节三维几何结构的修补和细化，因此不涉及三维模型表面纹理信息的修正。

例如，专利名称为“基于全局结构的三维网格模型修复方法”(申请日为：2009-11-3，申请号为CN200910237657.9)的在先中国专利，将修改方法分为4个阶段：第1阶段，检测三维网格模型的空洞；第2阶段，将所述三维网格模型通过使用改进的双边滤波算法分解为基模型和高频信息；第3阶段，基于第2阶段分解后得到的基模型，使用平滑的三维模型修复方法修复基模型；第4阶段，基于第2阶段分解后得到的高频信息，修复空洞中的几何结构细节。该在先专利可以修复具有明显全局结构细节信息的三维网格模型，修复后的三维网格模型拥有更加丰富的几何结构细节。

再如，专利名称为“一种几何特征引导的三维模型表面纹理空洞填补方法”(申请日为：2011-9-30；申请号为：CN201110301143.2)的在先中国专利，该专利的技术方案包括：读入、存储与处理三维模型与纹理地图的信息；基于纹理信息检测与初始化三维模型表面已有的纹理结构线；在无先验知识的条件下，利用几何特征引导三维模型表面缺失纹理结构线的生成；在先验知识的约束下，利用几何特征引导三维模型表面缺失纹理结构线的生成；构建表示三维模型表面纹理信息的矩形纹理块；利用三维模型的几何特征，匹配与空洞区域最相似的矩形纹理块，并利用该矩形纹理块填充空洞区域；利用矩形纹理块、纹理地图及其映射关系，实现三维模型表面纹理空洞区域的纹理映射。本发明纹理生成合理，填补效果逼真，保持了三维模型表面纹理的完整性。上述专利只能用于三维模型几何结构完整，只是纹理信息有所缺失的情况，而不能够用于三维模型几何结构和纹理信息同时缺失的情况。

综上所述，为特定的三维几何结构修补所设计算法并不适用于表面纹理信息，因此现有的算法对三维数字模型进行修补后无法保持原有三维数字模型外观的彩色纹理信息，现有技术中缺少一种能够有效保持纹理信息数据的三维模型修补方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效保持纹理信息数据的三维模型修补方法。

为实现上述目的，本发明提供一种能够保持纹理信息数据的三维模型修补方法，包括以下几个步骤：

步骤1，三维模型数据空洞修补及细节增强；

步骤2，三维模型顶点近邻关系计算；

步骤3，纹理数据重采样计算；

步骤4，三维模型及纹理数据输出。

其中，所述步骤1具体包括如下步骤，

步骤1.1，提取原有待修复三维模型Q中的三维结构数据Q_i，然后用曲面合成算法获得密闭的且无空洞的网格化三维模型，从而实现三维模型数据空洞修补工作；

步骤1.2，用三维数据雕刻软件对三维模型的细节进行雕刻从而实现细节增强，最终得到修补后的三维模型P。

其中，所述步骤2具体包括如下步骤，对于步骤一中得到的修补及细节增强后的三维模型P中的每一个顶点P_i＝[x_iy_iz_i]^T，根据下式计算原有待修复三维模型Q中与其距离最近的顶点标号：

${\mathrm{ind}}_i=\underset{j}{\arg \min }{\left|\right|P_i-Q_j\left|\right|}_2,(1\≤i\≤M,1\≤j\≤N);$

其中M和N分别为三维模型P和Q中的顶点个数，||P_i-Q_j||₂为两点之间的欧氏距离。

其中，所述步骤3具体包括如下步骤：

步骤3.1，根据下式计算原有待修复三维模型Q中每个顶点的最邻近点标号：

${\mathrm{NN}}_i=\underset{j}{\arg \min }{\left|\right|Q_i-Q_j\left|\right|}_2$ (1≤i，j≤N且i≠j)；

步骤3.2，根据下式计算原有待修复三维模型Q中最邻顶点的平均距离d_ave：

$d_{\mathrm{ave}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\right|Q_i-Q_{{\mathrm{NN}}_i}\left|\right|}_2}{N};$

步骤3.3，计算修补后的三维模型P中每一个顶点的彩色纹理信息：

对于三维模型P中任意一个顶点i，

如果下式满足：

${\left|\right|P_i-Q_{{\mathrm{ind}}_i}\left|\right|}_2<d_{\mathrm{ave}},$

则利用下式计算 ${\mathrm{tex}}_{P_i}:{\mathrm{tex}}_{P_i}={\mathrm{tex}}_{Q_{{\mathrm{ind}}_i}};$

否则的话，计算原有待修复三维模型Q中和顶点P_i距离最近的3个顶点 和即：

ind_i1＝ind_i

${\mathrm{ind}}_{i2}=\underset{j}{\arg \min }{\left|\right|P_i-Q_j\left|\right|}_2,(j\&NotEqual;{\mathrm{ind}}_{i1})$

${\mathrm{ind}}_{i3}=\underset{j}{\arg \min }{\left|\right|P_i-Q_j\left|\right|}_2,(j\&NotEqual;{\mathrm{ind}}_{i1},j\&NotEqual;{\mathrm{ind}}_{i2})$

然后分别计算P_i到这3个点的距离：

$d_1={\left|\right|P_i-Q_{{\mathrm{ind}}_{i1}}\left|\right|}_2$

$d_2={\left|\right|P_i-Q_{{\mathrm{ind}}_{i2}}\left|\right|}_2$

$d_3={\left|\right|P_i-Q_{{\mathrm{ind}}_{i3}}\left|\right|}_2$

然后按照下式用3个顶点和所对应彩色纹理信息外插得到

P_i对应的纹理信息：

${\mathrm{tex}}_{P_i}=\frac{\frac{1}{d_1}\&CenterDot;{\mathrm{tex}}_{Q_{{\mathrm{ind}}_{i1}}}+\frac{1}{d_2}\&CenterDot;{\mathrm{tex}}_{Q_{{\mathrm{ind}}_{i2}}}+\frac{1}{d_3}\&CenterDot;{\mathrm{tex}}_{Q_{{\mathrm{ind}}_{i3}}}}{\frac{1}{d_1}+\frac{1}{d_2}+\frac{1}{d_3}}.$

其中，所述步骤4具体包括如下内容：根据步骤1得到的修补后的三维模型P及其各个顶点间的连接关系，结合步骤3中得到的各个顶点的所对应彩色纹理信息，按照标准的三维模型数据格式定义输出得到标准的带纹理的三维模型数据文件。

本发明的有益效果是：本发明提供的能够保持纹理信息数据的三维模型修补方法，通过步骤1，能够对三维模型数据进行空洞修补及细节增强，最终得到修补后的三维模型P；通过步骤2自动分析修补后的三维模型顶点和修补前的三维模型顶点之间的近邻关系，通过步骤3，根据修补前的三维模型的纹理信息自动插补得到修补后和三维模型的纹理信息，最终通过步骤4输出得到标准的带纹理的三维模型数据文件。因此，本发明提供的能够保持纹理信息数据的三维模型修补方法，能在原有待修复三维模型纹理数据信息的基础上，保持原有三维数字模型外观的彩色纹理信息。

附图说明

图1为本发明提供的能够保持纹理信息数据的三维模型修补方法的流程图。

具体实施方式

参阅图1，本发明提供的能够保持纹理信息数据的三维模型修补方法，包括以下四个步骤。

步骤1，三维模型数据空洞修补及细节增强；具体来说，又包括如下步骤：

步骤1.1，提取原有待修复三维模型Q中的三维结构数据Q_i，然后用曲面合成算法获得密闭的且无空洞的网格化三维模型，从而实现三维模型数据空洞修补工作；

步骤1.2，用三维数据雕刻软件对三维模型的细节进行雕刻从而实现细节增强，最终得到修补后的三维模型P。

步骤2，三维模型顶点近邻关系计算：

对于步骤一中得到的修补及细节增强后的三维模型P中的每一个顶点P_i＝[x_iy_iz_i]^T，根据下式计算原有待修复三维模型Q中与其距离最近的顶点标号：

${\mathrm{ind}}_i=\underset{j}{\arg \min }{\left|\right|P_i-Q_j\left|\right|}_2,(1\&le;i\&le;M,1\&le;j\&le;N);$

其中M和N分别为三维模型P和Q中的顶点个数，||P_i-Q_j||₂为两点之间的欧氏距离。

步骤3，纹理数据重采样计算；具体来说，又包括如下步骤：

步骤3.1，根据下式计算原有待修复三维模型Q中每个顶点的最邻近点标号：

${\mathrm{NN}}_i=\underset{j}{\arg \min }{\left|\right|Q_i-Q_j\left|\right|}_2$ (1≤i，j≤N且i≠j)；

步骤3.2，根据下式计算原有待修复三维模型Q中最邻顶点的平均距离d_ave：

$d_{\mathrm{ave}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|\right|Q_i-Q_{{\mathrm{NN}}_i}\left|\right|}_2}{N};$

步骤3.3，计算修补后的三维模型P中每一个顶点的彩色纹理信息：

对于三维模型P中任意一个顶点i，

如果下式满足：

${\left|\right|P_i-Q_{{\mathrm{ind}}_i}\left|\right|}_2<d_{\mathrm{ave}},$

则利用下式计算 ${\mathrm{tex}}_{P_i}:{\mathrm{tex}}_{P_i}={\mathrm{tex}}_{Q_{{\mathrm{ind}}_i}};$

否则的话，计算原有待修复三维模型Q中和顶点P_i距离最近的3个顶点 和即：

ind_i1＝ind_i

${\mathrm{ind}}_{i2}=\underset{j}{\arg \min }{\left|\right|P_i-Q_j\left|\right|}_2,(j\&NotEqual;{\mathrm{ind}}_{i1})$

${\mathrm{ind}}_{i3}=\underset{j}{\arg \min }{\left|\right|P_i-Q_j\left|\right|}_2,(j\&NotEqual;{\mathrm{ind}}_{i1},j\&NotEqual;{\mathrm{ind}}_{i2})$

然后分别计算P_i到这3个点的距离：

$d_1={\left|\right|P_i-Q_{{\mathrm{ind}}_{i1}}\left|\right|}_2$

$d_2={\left|\right|P_i-Q_{{\mathrm{ind}}_{i2}}\left|\right|}_2$

$d_3={\left|\right|P_i-Q_{{\mathrm{ind}}_{i3}}\left|\right|}_2$

然后按照下式用3个顶点和所对应彩色纹理信息外插得到P_i对应的纹理信息：

${\mathrm{tex}}_{P_i}=\frac{\frac{1}{d_1}\&CenterDot;{\mathrm{tex}}_{Q_{{\mathrm{ind}}_{i1}}}+\frac{1}{d_2}\&CenterDot;{\mathrm{tex}}_{Q_{{\mathrm{ind}}_{i2}}}+\frac{1}{d_3}\&CenterDot;{\mathrm{tex}}_{Q_{{\mathrm{ind}}_{i3}}}}{\frac{1}{d_1}+\frac{1}{d_2}+\frac{1}{d_3}}.$

步骤4，三维模型及纹理数据输出：根据步骤1得到的修补后的三维模型P及其各个顶点间的连接关系，结合步骤3中得到的各个顶点的所对应彩色纹理信息，按照标准的三维模型数据格式定义输出得到标准的带纹理的三维模型数据文件。

相较于现有技术，本发明提供的能够保持纹理信息数据的三维模型修补方法，通过步骤1，能够对三维模型数据进行空洞修补及细节增强，最终得到修补后的三维模型P；通过步骤2自动分析修补后的三维模型顶点和修补前的三维模型顶点之间的近邻关系，通过步骤3，根据修补前的三维模型的纹理信息自动插补得到修补后和三维模型的纹理信息，最终通过步骤4输出得到标准的带纹理的三维模型数据文件。因此，本发明提供的能够保持纹理信息数据的三维模型修补方法，能保持原有待修复三维模型纹理数据信息，保持原有三维数字模型外观的彩色纹理信息。

以上仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种能够保持纹理信息数据的三维模型修补方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤1，三维模型数据空洞修补及细节增强；

步骤2，三维模型顶点近邻关系计算；

步骤3，纹理数据重采样计算；

步骤4，三维模型及纹理数据输出。

2.根据权利要求1所述的能够保持纹理信息数据的三维模型修补方法，其特征在于，所述步骤1具体包括如下步骤，

步骤1.1，提取原有待修复三维模型Q中的三维结构数据Q_i，然后用曲面合成算法获得密闭的且无空洞的网格化三维模型，从而实现三维模型数据空洞修补工作；

步骤1.2，用三维数据雕刻软件对三维模型的细节进行雕刻从而实现细节增强，最终得到修补后的三维模型P，并且其中包含各个顶点间的连接关系。

3.根据权利要求2所述的能够保持纹理信息数据的三维模型修补方法，其特征在于，所述步骤2具体包括如下步骤，对于步骤一中得到的修补及细节增强后的三维模型P中的每一个顶点P_i＝[x_iy_iz_i]^T，根据下式计算原有待修复三维模型Q中与其距离最近的顶点标号：

${\mathrm{ing}}_i=\underset{j}{\arg \min }{\left|\right|P_i-Q_j\left|\right|}_2$ (1≤i≤M，1≤j≤N)；

其中M和N分别为三维模型P和Q中的顶点个数，||P_i-Q_j||₂为两点之间的欧氏距离。

4.根据权利要求3所述的能够保持纹理信息数据的三维模型修补方法，其特征在于，所述步骤3具体包括如下步骤：

步骤3.1，根据下式计算原有待修复三维模型Q中每个顶点的最邻近点标号：

${\mathrm{NN}}_i=\underset{j}{\arg \min }{\left|\right|Q_i-Q_j\left|\right|}_2$ (1≤i，j≤N且i≠j)；

步骤3.2，根据下式计算原有待修复三维模型Q中最邻顶点的平均距离d_ave：

$d_{\mathrm{ave}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|\right|Q_i-Q_{{\mathrm{NN}}_i}\left|\right|}_2}{N};$

步骤3.3，计算修补后的三维模型P中每一个顶点的彩色纹理信息：

对于三维模型P中任意一个顶点i，

如果下式满足：

${\left|\right|P_i-Q_{{\mathrm{ind}}_i}\left|\right|}_2<d_{\mathrm{ave}},$

则利用下式计算 ${\mathrm{tex}}_{P_i}={\mathrm{tex}}_{Q_{{\mathrm{ind}}_i}};$

否则的话，计算原有待修复三维模型Q中和顶点P_i距离最近的3个顶点 和即：

ind_i1＝ind_i

${\mathrm{ind}}_{i2}=\underset{j}{\arg \min }{\left|\right|P_i-Q_j\left|\right|}_2(j\&NotEqual;{\mathrm{ind}}_{i1})$

${\mathrm{ind}}_{i3}=\underset{j}{\arg \min }{\left|\right|P_i-Q_j\left|\right|}_2(j\&NotEqual;{\mathrm{ind}}_{i1,}{j\&NotEqual;\mathrm{ind}}_{i2})$

然后分别计算P_i到这3个点的距离：

$d_1={\left|\right|P_i-Q_{{\mathrm{ind}}_{i1}}\left|\right|}_2$

$d_2={\left|\right|P_i-Q_{{\mathrm{ind}}_{i2}}\left|\right|}_2$

$d_3={\left|\right|P_i-Q_{{\mathrm{ind}}_{i3}}\left|\right|}_2$

然后按照下式用3个顶点和所对应彩色纹理信息外插得到P_i对应的纹理信息：

${\mathrm{tex}}_{P_i}=\frac{\frac{1}{d_1}\&CenterDot;{\mathrm{tex}}_{Q_{{\mathrm{ind}}_{i1}}}+\frac{1}{d_2}\&CenterDot;{\mathrm{tex}}_{Q_{{\mathrm{ind}}_{i2}}}+\frac{1}{d_3}\&CenterDot;{\mathrm{tex}}_{Q_{{\mathrm{ind}}_{i3}}}}{\frac{1}{d_1}+\frac{1}{d_2}+\frac{1}{d_3}}.$

5.根据权利要求4所述的能够保持纹理信息数据的三维模型修补方法，其特征在于，所述步骤4具体包括如下内容：根据步骤1得到的修补后的三维模型P及其各个顶点间的连接关系，结合步骤3中得到的各个顶点的所对应彩色纹理信息，按照标准的三维模型数据格式定义输出得到标准的带纹理的三维模型数据文件。