CN109064550A - 一种人体扫描建模方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种人体扫描建模方法，具体方法包括：拟合预先制作的基础三维模型和采集制作的人体三维模型；对所述基础三维模型与所述人体三维模型进行计算，使所述基础三维模型的每个顶点无限接近所述人体三维模型的三角形面；计算所述基础三维模型的每个三角形的UV坐标点后，显示到对应的图片区域。本发明通过在建模前预先设计基础三维模型，能够减少在建模过程中美工人员的工作量，更加精确的实现真人扫描。
Description
技术领域
本申请涉及图像处理领域，尤其涉及一种人体扫描建模方法。
背景技术
三维扫描是指集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，主要用于对物体空间外形和结构及色彩进行扫描，以获得物体表面的空间坐标。
三维扫描的重要意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了相当方便快捷的手段。三维扫描技术能实现非接触测量，且具有速度快、精度高的优点。
人体的三维信息获取在动画、游戏、计算机图形学、计算机视觉、虚拟现实等领域有着广泛的应用价值。不同于一般静态物体或场景的扫描，重建三维人体的处理有其独特性。首先，人体在扫描过程中很难保持静止，其次，人们对人体、人脸非常熟悉，为满足诸如游戏、动画等应用要求，仅仅获取表面的几何信息是不够的，因此需要重建出的人体模型带有逼真的颜色信息。
目前市面上有很多人体扫描建模方式，大部分通过以下方法进行建模：
1、激光或者深度摄像头对真人每个部位进行大面积采集，主要是采集设备到真人之间每个部位的距离数据；
2、将采集到的距离数据转换成三维顶点然后进行记录；
3、将所记录的顶点通过特定的算法生成无数个三角形面；
4、将采集到的彩色图像数据填充到三角形内，获得真人扫描3D模型。
然而现有的人体扫描建模方法存在如下缺陷：
1、扫描出来的三维模型，摄像头精度越高则采集度越高并且三角形数量也越多；
2、算法过程中因为过多的三角形数量导致计算上耗时很久，无法实现实时生成三维模型；
3、提供的数据无法实现模型的骨骼动画，需要美术人员人工绑定每个骨骼的权重到顶点中才能通过骨骼的移动来控制人物动画实现。
由于以上原因，制约了市面上的真人扫描设备大部分无法在UnrealEngine三维引擎中实时构建和渲染出来，而是必须将已经扫描生成的三维模型交给美术人员人工减面操作并绑定骨骼数据后才能在三维引擎中显示出来。基于此，本发明应运而生。
发明内容
本申请的目的在于提供一种人体扫描建模方法，减少美工设计的工作量，降低成本，简化建模过程，方便大面积推广应用。
为达到上述目的，本申请提供一种人体扫描建模方法，包括：
拟合预先制作的基础三维模型和采集制作的人体三维模型；
对所述基础三维模型与所述人体三维模型进行计算，使所述基础三维模型的每个顶点无限接近所述人体三维模型的三角形面；
计算所述基础三维模型的每个三角形的UV坐标点后，显示到对应的图片区域。
如上的，其中，所述拟合预先制作的基础三维模型和采集制作的人体三维模型，具体为：用所述人体三维模型的各个部位包围住所述基础三维模型的各个对应部位。
如上的，其中，所述对所述基础三维模型与所述人体三维模型进行计算，具体为：根据所述基础三维模型的每个顶点，计算基础三维模型接近人体三维模型三角形的每个位置上，得到基础三维模型的顶点与人体三维模型之间的距离差异；
根据所述基础三维模型每个顶点的特征数据与所述距离差异进行计算，使所述基础三维模型的顶点对其到所述人体三维模型的高模三角形空间中，让所述基础三维模型的每个顶点无限接近所述人体三维模型的三角形面。
如上的，其中，所述特征数据为顶点坐标和对应的法线向量；
具体计算公式为：顶点坐标+顶点法线*距离差异＝顶点匹配位置。
如上的，其中，所述基础三维模型的每个顶点匹配到所述人体三维模型的三角形空间时，通过人体三维模型的每个三角形的三个顶点的UV坐标值计算出所述基础三维模型的顶点在其三角形空间内的UV值。
如上的，其中，所述基础三维模型绑定骨骼信息，用于在变换顶点坐标后进行骨骼动画播放。
如上的，其中，所述基础三维模型是预先由美术人员制作的一套三角形和顶点数量较少的三维人体模型。
如上的，其中，所述人体三维模型具体是根据图像采集设备提供的人体深度图像数据制作的人体三维模型。
如上的，其中，所述方法还包括对所述人体三维模型进行纹理映射，获得包含颜色信息的人体三维模型。
如上的，其中，在完成人体三维模型建模后，将采集到的彩色信息填充到三角形内，获得真人扫描3D模型。
本申请实现的有益效果如下：本发明通过在建模前预先设计基础三维模型，能够减少在建模过程中美工人员的工作量，更加精确的实现真人扫描。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种人体扫描建模方法流程图；
图2是基础三维模型的一个设计图例；
图3是基础三维模型到人体三维模型的顶点匹配示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在对本发明具体方法描述之前，先对本申请试用范围进行举例说明(需要说明的是，以下提供的示例只是本申请适用的一部分举例，除此之外本发明还可适用于任意需要进行人体扫描建模的场景，在此不做具体限定)：
示例1：当扫描完一个用户之后，因为是美术预先制作的模型进行的顶点变换，所以这个模型可以在游戏内作为角色使用，也就是玩家扫描自己的身体并进入游戏之后，看到的其实就是与自己一摸一样的虚拟模型；
示例2：当扫描完之后用户可以在某些3D电影片段内参与自己的形象，并且通过3D电影生成软件录制一段mp4；
示例3：当扫描多个用户之后，每个用户都可以作为游戏内的NPC存在，这样在游戏制作过程中可以减少很多美术设计模型的工作量等。
实施例
本发明实施例提供一种人体扫描建模方法，如图1所示，包括：
步骤101：预先制作基础三维模型；
三维模型是由无数个三角形面组成，为方便建模，预先由美术人员制作一套三角形和顶点数量较少的三维人体模型，将其作为基础三维模型，对于三角形和顶点的数量可根据实际需要具体设置，在此不做设定；
图2为基础三维模型的一个设计图例。
步骤102：根据图像采集设备提供的人体深度图像数据制作人体三维模型，并对人体三维模型进行纹理映射，获得包含颜色信息的人体三维模型；
示例性的，图像采集设备可以为Ki nect2(微软发行的一种3D体感摄影机)等深度摄像头，利用固定的深度摄像头采集被采集者的人体深度数据，利用曲面重建算法重建一个人体三维模型，其中，Kinect2采集人体深度图像数据的方法以及曲面重建算法均与现有技术相同，在此不再赘述；
人体三维模型因为是每一个像素对应一个顶点，所以每个像素都有一个颜色值，这个颜色值就是扫描时候从摄影机拍摄的照片中提取的，而且多个深度摄像头需要同时采集多个照片，所以每个真人模型对应多个材质图片；
具体的，本实施例通过对人体深度数据进行预处理，依次进行刚性配准与非刚性配准后利用曲面重建算法重建一个高精度人体三维模型，并利用人体深度数据对该人体三维模型进行纹理映射，获得带有颜色信息的人体三维模型。
步骤103：将人体三维模型与基础三维模型进行拟合，用人体三维模型的各个部位包围住基础三维模型的各个对应部位；
具体的，使基础三维模型和人体三维模型同时采用一种姿势(如T型)，然后将基础三维模型的骨骼点对应上人体三维模型的骨骼点上，这样基础三维模型与人体三维模型在骨骼大小等结构上保持一致，人体三维模型的皮肤包住基础三维模型。
步骤104：将基础三维模型的骨骼设置成人体三维模型对应的骨骼点上；
具体的，对骨骼位置进行包围运算，即将基础三维模型的骨骼坐标设置成人体三维模型对应的骨骼坐标，将基础三维模型的骨骼强制设置成人体三维模型对应的骨骼上，其中，基础三维模型的骨骼是由美术人员设计，人体三维模型的骨骼是由计算机Kinect2或其他深度摄像头获取到的骨骼信息。
步骤105：根据基础三维模型的每个顶点，计算基础三维模型接近人体三维模型三角形的每个位置上，得到基础三维模型的顶点与人体三维模型之间的距离差异；
匹配基础三维模型与人体三维模型最接近的每个位置，计算基础三维模型的每个顶点与与对应最接近的人体三维模型的每个顶点的距离差异t，图3为基础三维模型到人体三维模型的顶点匹配示意图。
步骤106：根据所述基础三维模型每个顶点的特征数据与所述距离差异进行计算，使基础三维模型的顶点对其到人体三维模型的高模三角形空间中，让每个顶点无限接近人体三维模型的三角形面；
所述特征数据为顶点坐标和对应的法线向量；
获取基础三维模型的顶点坐标和对应的法线向量，具体算法为：
顶点坐标+顶点法线*t＝顶点匹配位置，其中t是距离差异。
步骤107：计算基础三维模型的每个三角形中对应的图片区域的UV坐标点后，显示到对应的图片区域；
所有的图象文件都是二维的一个平面，水平方向是U，垂直方向是V，通过这个平面二维的UV坐标系，可以定位图象上的任意一个象素；
具体的，通过基础三维模型中每个三角形的三个顶点，当每个顶点匹配到人体三维模型三角形空间的时候，可以通过人体三维模型的三角形三个顶点的UV坐标值计算出这个基础三维模型的顶点在其三角形空间内的UV值；
因为模型都是由很多个三角形面组成，所以基础三维模型的每个三角形面的UV值都是独立的，在计算UV值的时候需要针对每个三角形面计算其UV坐标值，算出其某个三角形的三个UV坐标值，即对应的是采集到的图片中的一块区域，待全部计算完毕每个三角形的三个UV坐标之后，即对应采集到整个图片区域。
在完成人体三维模型建模后，将采集到的彩色信息填充到三角形内，获得真人扫描3D模型。
本发明中，由于美术制作的模型绑定了骨骼信息，所以变换顶点坐标之后依然可以进行骨骼动画播放。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种人体扫描建模方法，其特征在于，包括：
拟合预先制作的基础三维模型和采集制作的人体三维模型；
对所述基础三维模型与所述人体三维模型进行计算，使所述基础三维模型的每个顶点无限接近所述人体三维模型的三角形面；
计算所述基础三维模型的每个三角形的UV坐标点后，显示到对应的图片区域。
2.如权利要求1所述的人体扫描建模方法，其特征在于，所述拟合预先制作的基础三维模型和采集制作的人体三维模型，具体为：用所述人体三维模型的各个部位包围住所述基础三维模型的各个对应部位。
3.如权利要求1所述的人体扫描建模方法，其特征在于，所述对所述基础三维模型与所述人体三维模型进行计算，具体为：根据所述基础三维模型的每个顶点，计算基础三维模型接近人体三维模型三角形的每个位置上，得到基础三维模型的顶点与人体三维模型之间的距离差异；
根据所述基础三维模型每个顶点的特征数据与所述距离差异进行计算，使所述基础三维模型的顶点对其到所述人体三维模型的高模三角形空间中，让所述基础三维模型的每个顶点无限接近所述人体三维模型的三角形面。
4.如权利要求3所述的人体扫描建模方法，其特征在于，
所述特征数据为顶点坐标和对应的法线向量；
具体计算公式为：顶点坐标+顶点法线*距离差异＝顶点匹配位置。
5.如权利要求1所述的人体扫描建模方法，其特征在于，所述基础三维模型的每个顶点匹配到所述人体三维模型的三角形空间时，通过人体三维模型的每个三角形的三个顶点的UV坐标值计算出所述基础三维模型的顶点在其三角形空间内的UV值。
6.如权利要求1所述的人体扫描建模方法，其特征在于，所述基础三维模型绑定骨骼信息，用于在变换顶点坐标后进行骨骼动画播放。
7.如权利要求1-5任意一项所述的人体扫描建模方法，其特征在于，所述基础三维模型是预先由美术人员制作的一套三角形和顶点数量较少的三维人体模型。
8.如权利要求1-5任意一项所述的人体扫描建模方法，其特征在于，所述人体三维模型具体是根据图像采集设备提供的人体深度图像数据制作的人体三维模型。
9.如权利要求8所述的人体扫描建模方法，其特征在于，所述方法还包括对所述人体三维模型进行纹理映射，获得包含颜色信息的人体三维模型。
10.如权利要求9所述的人体扫描建模方法，其特征在于，在完成人体三维模型建模后，将采集到的彩色信息填充到三角形内，获得真人扫描3D模型。
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