CN106097440A - 一种基于融合算法的3d植物建模引擎云服务平台 - Google Patents
一种基于融合算法的3d植物建模引擎云服务平台 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，包括基于图像的植物建模，基于点云的植物建模和基于3D手绘的植物建模。基于图像的植物建模：图像中植物枝干的提取：采用交互式方法根据植物图像提取出主要枝干；涉及图形学中的交互式技术，二维枝干到三维的转换：提取出的枝干是基于图像的二维平面，要通过3D转换算法，合理的将枝干进行三维转换；涉及植物的形态学知识以及图形学中基于曲线的建模算法。
Description
技术领域
本发明涉及一种云服务平台，特别是涉及一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台。
背景技术
2010年江苏省出台了6大类8个战略性新兴产业规划，明确界定了战略性新兴产业范围，其中就包括软件和服务外包。但是目前我省乃至全国原创开发环节相对薄弱的现状，因此文化部、信息产业部提供要实施民族游戏精品工程。而独立自主的植物建模软件是游戏动漫产业以及3D影视作品中不可缺少的一部分，正如利用Speedtree软件生成的发光植物是电影《阿凡达》成功的重要部分。因此项目研发的目的就是要设计开发一套自己的植物建模引擎，可以满足影视、游戏场景中对真实感植物的基本要求，并在此基础之上不断完善，逐步占领影视游戏市场。
目前游戏市场植物生成软件主要是Speedtree和Xfrog。Speedtree是由美国IDV公司研发制作的一款专门的三维树木建模软件，支持大片的树木的快速建立和渲染，本身带有强大的树木库，可以通过插件将树木导入到其他的三维建模软件中使用，为游戏引擎提供强大的植物库支持。Xfrog 软件是德国Greenworks公司开发的植物建模软件。该软件提供的模型库有超过 600 种植物。能够通过人机交互的方式方便快捷地生成植物图形，可以模拟光照和重力对植物枝条的影响。其他植物模型库还有：美国Onxy 公司的 TREECLASSIC 建立了具有 200 多种常见植物的模型库；法国AMAP 软件也模拟了约 400 多种植物。
目前自主研发的植物建模引擎在国内应用领域是空白，主要竞争对手是欧美的Speedtree和Xfrog植物建模引擎。虽然在整体技术方面我们要想赶上还需要多年的积累和努力，但我们的植物模型在价格上占据优势，并可以根据应用领域的不同随时更新调整，这是国外软件无法比拟的优势。另外，我们的建模引擎融合了基于点云与3D交互式手绘等多种建模技术，也弥补了国外建模软件的不足。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台。
为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：包括基于图像的植物建模，基于点云的植物建模和基于3D手绘的植物建模。
前述的一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：基于图像的植物建模：图像中植物枝干的提取：采用交互式方法根据植物图像提取出主要枝干；涉及图形学中的交互式技术，二维枝干到三维的转换：提取出的枝干是基于图像的二维平面，要通过3D转换算法，合理的将枝干进行三维转换；涉及植物的形态学知识以及图形学中基于曲线的建模算法。
前述的一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：基于点云的植物建模：点云的去噪：由于扫描出来的植物点云粗糙，需要采用点云去操算法合理去除噪点；涉及法向量、曲率等方面数学知识；植物枝干提取：根据去噪后的点云数据提取出植物的主要枝干；涉及图形学中骨架提取等算法；叶片等植物器官分割：去噪后的点云在叶片浓密处会出现粘连，在稀疏处出现漏洞等现象，为等到真实的叶片等器官信息需要对点云进行合理分割；设计点云的聚类、分离等图形学技术。
前述的一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：基于3D手绘的植物建模：3D虚拟环境构建：构建虚拟立方体盒子，用户通过交互式方法转动盒子，可以在不同的平面上绘制植物枝干，通过算法将不同平面的图形整合成立体植物手绘枝干；设计旋转、拾取以及拼接等图形学技术；基于模型库的植物模型重建：手绘的植物在叶片等器官信息上会不真实，为此项目提供大量的植物器官模型库，可以通过交互式的方法选取所需结果，降低建模难度和提高建模速度；涉及模型选取、匹配等算法。
前述的一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：在具体的实现工作中，照相机的校准、物体三维信息的提取和重建是主要的研究方面；由于该类建模是根据已知图象结果完成重建工作，与具体的植物种类无关，所以具有很强的应用性和相对的独立性；图象方法绘制的自然虚拟场景具有较强的真实感与沉浸感；与传统的图形建模方法相比，基于图象建模的方法使用了现实世界的真实植物图象照片，从而建模结果更加符合实际的植物形态结构，并且成本低、真实感强、自动化程度高。
前述的一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：在初始点云数据基础之上通过全局优化算法对点云进行去噪生成植物的分枝的骨架结构，进而完成植物的几何模型；该方法在不分片的情况下可以解决植物之间和自身的遮挡问题，并且生成的植物模型真实感和真实性很强。
前述的一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：可以根据用户手画出的2D树木草图，简单快速地生成3D树木图形，且系统中提供有基于例子的编辑操作；该系统是将勾画技术应用到植物建模过程中，系统首先提取出二维草图的骨架，通过算法完成三维重构；系统中提供的交互式界面可以方便用户对模型枝干的增添和删减，并通过系统中提供的叶子模型完成叶子添加过程。
本发明所达到的有益效果：
1） 提出一种融合多技术的植物建模引擎方法
目前影视游戏市场的植物建模引擎都是基于图形的交互式方法。本植物建模引擎融合了多种3D植物建模的算法，包括基于图像、基于扫描点云以及人工手绘等交互式建模方法，并通过标准化模板技术将不同的输入以相同的标准模型结果输出，应用统一的渲染技术进行真实感处理。其中基于图像和基于点云的植物建模是对模型库的初始化，将处理好的接近真实的植物模型存入模型库，从而在交互式植物建模模块中，不仅使模型的骨架是由交互生成，还能使模型更加接近真实的自然植物。
2） 提出一种基于模型库匹配的植物建模方法
针对目前主流建模软件没有基于模型库生成方法，该项目引入了模型库的概念，模型库里的模型由用户自己加入，可以是基于图像的，也可以通过3D点云文件来获取，极大的丰富了模型库生成方法。在模型库的基础之上，通过模型匹配算法或是交互式选取方法大大提高了建模的速度。
3） 提出基于3D手绘技术的植物建模方法
目前基于手绘的植物建模都是在二维平面上画的，然后再进行三维处理，本项目提出一种新的3D手绘方法，让用户在3D的立体空间手绘出植物的主要枝干，可以使交互更直接、更真实。
具体实施方式
以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：包括基于图像的植物建模，基于点云的植物建模和基于3D手绘的植物建模。
前述的一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：基于图像的植物建模：图像中植物枝干的提取：采用交互式方法根据植物图像提取出主要枝干；涉及图形学中的交互式技术，二维枝干到三维的转换：提取出的枝干是基于图像的二维平面，要通过3D转换算法，合理的将枝干进行三维转换；涉及植物的形态学知识以及图形学中基于曲线的建模算法。
前述的一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：基于点云的植物建模：点云的去噪：由于扫描出来的植物点云粗糙，需要采用点云去操算法合理去除噪点；涉及法向量、曲率等方面数学知识；植物枝干提取：根据去噪后的点云数据提取出植物的主要枝干；涉及图形学中骨架提取等算法；叶片等植物器官分割：去噪后的点云在叶片浓密处会出现粘连，在稀疏处出现漏洞等现象，为等到真实的叶片等器官信息需要对点云进行合理分割；设计点云的聚类、分离等图形学技术。
前述的一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：基于3D手绘的植物建模：3D虚拟环境构建：构建虚拟立方体盒子，用户通过交互式方法转动盒子，可以在不同的平面上绘制植物枝干，通过算法将不同平面的图形整合成立体植物手绘枝干；设计旋转、拾取以及拼接等图形学技术；基于模型库的植物模型重建：手绘的植物在叶片等器官信息上会不真实，为此项目提供大量的植物器官模型库，可以通过交互式的方法选取所需结果，降低建模难度和提高建模速度；涉及模型选取、匹配等算法。
前述的一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：在具体的实现工作中，照相机的校准、物体三维信息的提取和重建是主要的研究方面；由于该类建模是根据已知图象结果完成重建工作，与具体的植物种类无关，所以具有很强的应用性和相对的独立性；图象方法绘制的自然虚拟场景具有较强的真实感与沉浸感；与传统的图形建模方法相比，基于图象建模的方法使用了现实世界的真实植物图象照片，从而建模结果更加符合实际的植物形态结构，并且成本低、真实感强、自动化程度高。
前述的一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：在初始点云数据基础之上通过全局优化算法对点云进行去噪生成植物的分枝的骨架结构，进而完成植物的几何模型；该方法在不分片的情况下可以解决植物之间和自身的遮挡问题，并且生成的植物模型真实感和真实性很强。
前述的一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：可以根据用户手画出的2D树木草图，简单快速地生成3D树木图形，且系统中提供有基于例子的编辑操作；该系统是将勾画技术应用到植物建模过程中，系统首先提取出二维草图的骨架，通过算法完成三维重构；系统中提供的交互式界面可以方便用户对模型枝干的增添和删减，并通过系统中提供的叶子模型完成叶子添加过程。
综上所述：1） 提出一种融合多技术的植物建模引擎方法
目前影视游戏市场的植物建模引擎都是基于图形的交互式方法。本植物建模引擎融合了多种3D植物建模的算法，包括基于图像、基于扫描点云以及人工手绘等交互式建模方法，并通过标准化模板技术将不同的输入以相同的标准模型结果输出，应用统一的渲染技术进行真实感处理。其中基于图像和基于点云的植物建模是对模型库的初始化，将处理好的接近真实的植物模型存入模型库，从而在交互式植物建模模块中，不仅使模型的骨架是由交互生成，还能使模型更加接近真实的自然植物。
2） 提出一种基于模型库匹配的植物建模方法
针对目前主流建模软件没有基于模型库生成方法，该项目引入了模型库的概念，模型库里的模型由用户自己加入，可以是基于图像的，也可以通过3D点云文件来获取，极大的丰富了模型库生成方法。在模型库的基础之上，通过模型匹配算法或是交互式选取方法大大提高了建模的速度。
3） 提出基于3D手绘技术的植物建模方法
目前基于手绘的植物建模都是在二维平面上画的，然后再进行三维处理，本项目提出一种新的3D手绘方法，让用户在3D的立体空间手绘出植物的主要枝干，可以使交互更直接、更真实。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：包括基于图像的植物建模，基于点云的植物建模和基于3D手绘的植物建模。
2.根据权利要求1所述的一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：基于图像的植物建模：图像中植物枝干的提取：采用交互式方法根据植物图像提取出主要枝干；涉及图形学中的交互式技术，二维枝干到三维的转换：提取出的枝干是基于图像的二维平面，要通过3D转换算法，合理的将枝干进行三维转换；涉及植物的形态学知识以及图形学中基于曲线的建模算法。
3.根据权利要求2所述的一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：基于点云的植物建模：点云的去噪：由于扫描出来的植物点云粗糙，需要采用点云去操算法合理去除噪点；涉及法向量、曲率等方面数学知识；植物枝干提取：根据去噪后的点云数据提取出植物的主要枝干；涉及图形学中骨架提取等算法；叶片等植物器官分割：去噪后的点云在叶片浓密处会出现粘连，在稀疏处出现漏洞等现象，为等到真实的叶片等器官信息需要对点云进行合理分割；设计点云的聚类、分离等图形学技术。
4.根据权利要求3所述的一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：基于3D手绘的植物建模：3D虚拟环境构建：构建虚拟立方体盒子，用户通过交互式方法转动盒子，可以在不同的平面上绘制植物枝干，通过算法将不同平面的图形整合成立体植物手绘枝干；设计旋转、拾取以及拼接等图形学技术；基于模型库的植物模型重建：手绘的植物在叶片等器官信息上会不真实，为此项目提供大量的植物器官模型库，可以通过交互式的方法选取所需结果，降低建模难度和提高建模速度；涉及模型选取、匹配等算法。
5.根据权利要求2所述的一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：在具体的实现工作中，照相机的校准、物体三维信息的提取和重建是主要的研究方面；由于该类建模是根据已知图象结果完成重建工作，与具体的植物种类无关，所以具有很强的应用性和相对的独立性；图象方法绘制的自然虚拟场景具有较强的真实感与沉浸感；与传统的图形建模方法相比，基于图象建模的方法使用了现实世界的真实植物图象照片，从而建模结果更加符合实际的植物形态结构，并且成本低、真实感强、自动化程度高。
6.根据权利要求3所述的一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：在初始点云数据基础之上通过全局优化算法对点云进行去噪生成植物的分枝的骨架结构，进而完成植物的几何模型；该方法在不分片的情况下可以解决植物之间和自身的遮挡问题，并且生成的植物模型真实感和真实性很强。
7.根据权利要求6所述的一种基于融合算法的3D植物建模引擎云服务平台，其特征在于：可以根据用户手画出的2D树木草图，简单快速地生成3D树木图形，且系统中提供有基于例子的编辑操作；该系统是将勾画技术应用到植物建模过程中，系统首先提取出二维草图的骨架，通过算法完成三维重构；系统中提供的交互式界面可以方便用户对模型枝干的增添和删减，并通过系统中提供的叶子模型完成叶子添加过程。
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| WO2024104315A1 (zh) * | 2022-11-14 | 2024-05-23 | 北京字跳网络技术有限公司 | 虚拟场景的交互方法、装置、电子设备及存储介质 |
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| US20030137646A1 (en) * | 2002-01-23 | 2003-07-24 | Quantapoint, Inc. | Method and apparatus for generating structural data from laser reflectance images |
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-
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Application publication date: 20161109 |
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