CN110415359A - 一种三维建模方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种三维建模方法及系统，其中，三维建模方法的步骤如下：预先创建多个实景模具的虚拟模具，并存储；判断接入的实景模具，并将该实景模具与虚拟模具进行匹配；获取虚拟三维空间，将虚拟三维空间与虚拟模具进行匹配并使用。本申请具有将三维虚拟现实与真实物品相结合，提高使用者的真实感受的技术效果。

Description

一种三维建模方法及系统

技术领域

本申请涉及三维虚拟现实技术领域，尤其涉及一种三维建模方法及系统。

背景技术

从真实世界中精确、有效地重建其三维模型越来越受到人们的关注。人们使用建立之后的三维模型，进而出现了虚拟现实技术，虚拟现实(VirtualReality，简称VR)是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。

但是现有的三维虚拟现实技术仅仅提供了使用者对于预先构建的三维世界的观察和模拟，如何将三维虚拟现实和现有的真实物品相结合，从而达到对为使用者提供真实使用感受的目的，是现今存在的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种三维建模方法及系统，具有将三维虚拟现实与真实物品相结合，提高使用者的真实感受的技术效果。

为达到上述目的，本申请提供一种三维建模方法，步骤如下：预先创建多个实景模具的虚拟模具，并存储；判断接入的实景模具，并将该实景模具与虚拟模具进行匹配；获取虚拟三维空间，将虚拟三维空间与虚拟模具进行匹配并使用。

优选的，预先创建多个实景模具的虚拟模具包括如下子步骤：利用CT成像系统获取实景模具的断层数据；对断层数据进行插值处理，生成该实景模具的三维体数据；对三维体数据进行多次平滑处理；对经过平滑处理的三维体数据进行无监督分割，得到多个分割的区域；对多个分割的区域进行等面值提取，得到相应的等值面；对等值面进行三维表面分割，形成实景模具的虚拟模具，并存储。

优选的，判断接入的实景模具，并将该实景模具与虚拟模具进行匹配的子步骤包括：对接入接入装置的实景模具进行识，并获取标志信息；根据标志信息判断实景模具的具体类型，并生成判断结果；根据判别结果调用虚拟模具进行使用。

优选的，获取虚拟三维空间，将虚拟三维空间与虚拟模具进行匹配并使用的子步骤如下：预先创建多个虚拟三维空间，并存储；选定待使用的虚拟三维空间；将待使用的虚拟三维空间与虚拟模具进行匹配并使用。

优选的，对预先创建的虚拟三维空间进行分类存储。

优选的，虚拟三维空间与虚拟模具进行匹配的子步骤如下：设定虚拟模具的空间坐标；根据虚拟模具的空间坐标调整待使用的虚拟三维空间的空间坐标，完成虚拟三维空间与虚拟模块的匹配。

还提供一种三维建模系统，包括至少一个实景模具，接入装置和VR设备，接入装置分别与实景模具和VR设备连接；接入装置用于执行上述的三维建模方法。

优选的，接入装置包括识别器、处理器以及显示器，处理器分别与显示器和识别器连接；其中，识别器用于根据处理器的指令获取接入接入装置的实景模具的标志信息或实景三维空间，并发送给处理器处理；处理器用于接收识别器发送的数据，处理该数据并根据处理的数据创建虚拟模具和虚拟三维空间，并将调用的虚拟模具和虚拟三维空间分别发送给显示器和VR设备；显示器用于接收并显示处理器和VR设备发送的数据。

优选的，处理器包括采集模块，处理模块、存储模块、判别模块、调用模块；其中，采集模块：用于获取实景模具的断层数据，并将该断层数据发送给处理模块；处理模块：用于接收断层数据，对该断层数据进行处理并创建虚拟模具；接收识别器发送的实景三维空间并创建虚拟三维空间；将虚拟模具和虚拟三维空间传送至存储模块进行存储；存储模块：用于存储创建的虚拟模具和虚拟三维空间；判别模块：用于接收并判别识别器发送的的标志信息，并根据标志信息中的具体类型生成判别结果，将判别结果发送至调用模块；调用模块：用于根据接收的判别结果调用与之相适配的虚拟模具和虚拟三维空间，将调用的虚拟模具和虚拟三维空间分别传送至显示器及VR设备进行使用。

优选的，实景模具具有识别标志。

本申请具有将三维虚拟现实与真实物品相结合，提高使用者的真实感受的技术效果。

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为三维建模系统一种实施例的结构示意图；

图2为接入装置一种实施例的结构示意图；

图3为处理器一种实施例的结构示意图；

图4为三维建模方法一种实施例的流程图。

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。

本申请提供一种三维建模方法及系统，具有将三维虚拟现实与真实物品相结合，提高使用者的真实感受的技术效果。

如图1所示，本申请提供一种三维建模系统，包括至少一个实景模具1，接入装置2和VR设备3，接入装置2分别与实景模具1和VR设备3连接；接入装置2用于执行下述的三维建模方法。

进一步的，如图2所示，接入装置2包括识别器21、处理器22以及显示器23，处理器22分别与显示器23和识别器21连接；

其中，识别器21用于根据处理器22的指令获取接入接入装置的实景模具1的标志信息或实景三维空间，并发送给处理器22处理；

处理器22用于接收识别器21发送的数据，处理该数据并根据处理的数据创建虚拟模具和虚拟三维空间，并将调用的虚拟模具和虚拟三维空间分别发送给显示器23和VR设备3；

显示器23用于接收并显示处理器22和VR设备3发送的数据。

进一步的，如图3所示，处理器22包括采集模块221，处理模块222、存储模块223、判别模块224、调用模块225；

其中，采集模块221：用于获取实景模具的断层数据，并将该断层数据发送给处理模块222；

处理模块222：用于接收断层数据，对该断层数据进行处理并创建虚拟模具；接收识别器21发送的实景三维空间并创建虚拟三维空间；将虚拟模具和虚拟三维空间传送至存储模块223进行存储；

存储模块223：用于存储创建的虚拟模具和虚拟三维空间；

判别模块224：用于接收并判别识别器21发送的标志信息，并根据标志信息中的具体类型生成判别结果，将判别结果发送至调用模块225；

调用模块225：用于根据接收的判别结果调用与之相适配的虚拟模具和虚拟三维空间，将调用的虚拟模具和虚拟三维空间分别传送至显示器23及VR设备3进行使用。

进一步的，处理器22还包括三维建模模块226，三维建模模块226与存储模块223连接；其中，三维建模模块226用于创建虚拟模具和虚拟三维空间，并将创建好的虚拟模具和虚拟三维空间发送至存储模块223存储。

进一步的，实景模具具有识别标志。

以下进一步结合如图4描述本申请三维建模系统实现的三维建模方法。如图4所示，本申请提供了一种三维建模方法，包括如下步骤：

S110：预先创建多个实景模具的虚拟模型，并存储。

具体的，预先制作实景模具，实景模具可以为乐器模具、绘画模具、运动模具等类型。进一步的，作为一个实施例，乐器模具的具体类型可以为钢琴，电子琴，架子鼓等；绘画模具的具体类型可以为绘画板等；运动模具的具体类型可以为拳击手套、沙包等。

进一步的，作为一个实施例，预先制作好实景模具后，根据制作好的实景模具创建虚拟模具的子步骤如下：

S1101：利用CT成像系统获取实景模具的断层数据。

具体的，处理器22中的采集模块221利用CT成像系统获取实景模具的断层数据，并将获取到的断层数据发送给处理器22中的处理模块222，执行S1102。其中，CT成像系统为双能CT成像系统。

S1102：对断层数据进行插值处理，生成该实景模具的三维体数据。

具体的，处理模块222对断层数据进行插值处理，生成该实景模具的三维体数据。其中，插值处理为利用已知邻近像素点的灰度值(或RGB图像中的三色值)来产生未知像素点的灰度值，由原始图像再生为具有更高分辨率的图像。

S1103：对三维体数据进行多次平滑处理。

具体的，处理模块222生成三维体数据后，对该三维体数据进行筛选，去除超过设定法制范围的三维体数据，并对筛选后的三维体数据进行多次平滑处理。其中，处理模块222采用第一L0梯度最小化模型对三维体数据进行初次平滑处理；再利用高斯过滤器对初次平滑处理后的三维体数据进行第二次平滑处理；完成第二次平滑处理后，处理模块222采用第二L0梯度最小化模型对第二次平滑处理后产生的模糊化三维体数据进行平滑处理，得到平滑三维体数据。

L0梯度最小化模型通过控制非零图像梯度的数目来增强图像显著边缘部分，依次达到图像的全局优化。其中，第一L0梯度最小化模型的目标函数为：

其中，H(S′)＝#{a||W′_a,x|+|W′_a,y|+|W′_a,z|≠0}，

式中，S为初次平滑处理前的三维体数据，S′为初次平滑处理后的三维体数据，g为控制着平滑项H(S′)的权重系数，g的具体值由人为进行设定，#{·}表示一个统计操作，用于满足|W′_a,X|+|W′_a,y|+|W′_a,z|结果非零的体素的数目，其中W′_a,x为平滑处理后的模糊化三维体数据中第a个体素沿x方向与最近的体素的标准值差，W′_a,y为平滑处理后的模糊化三维体数据中第a个体素沿y方向与最近体素的标量值差，W′_a,z为平滑处理后的模糊化三维体数据中第a个体素沿z方向与最近体素的标量值差。

其中，第二L0梯度最小化模型的目标函数为：

其中，H(U′)＝#{b||W′_b,x|+|W′_b,y|+|W′_b,z|≠0}，

式中，U为平滑处理前的模糊化三维体数据，U′为平滑处理后的模糊化三维体数据，H(U′)为第二平滑项，g为控制着平滑项H(S′)的权重系数，g的具体值由人为进行设定，#{·}表示一个统计操作，用于满足|W′_b,X|+|W′_b,y|+|W′_b,z|结果非零的体素的数目，其中W′_b,x为平滑处理后的模糊化三维体数据中第b个体素沿x方向与最近的体素的标准值差，W′_b,y为平滑处理后的模糊化三维体数据中第b个体素沿y方向与最近体素的标量值差，W′_b,z为平滑处理后的模糊化三维体数据中第b个体素沿z方向与最近体素的标量值差。

S1104：对经过平滑处理的三维体数据进行无监督分割，得到多个分割的区域。

具体的，通过处理模块222对经过平滑处理的三维体数据进行无监督分割。

S1105：对多个分割的区域进行等面值提取，得到相应的等值面。

具体的，通过处理模块222利用四面体剖分法(Marching Tetrahedra，MT)或剖分立方体方法等方法提取等面值并获得相应的等值面。其中，等值面为虚拟空间中的一个曲面。

S1106：对等值面进行三维表面分割，形成实景模具的虚拟模具，并存储。

具体的，利用处理模块222对等值面进行三维表面分割，形成实景模具1的虚拟模具，并存储。

进一步的，作为另一个实施例，直接利用处理器22的三维建模模块226中现有的创建三维模型的软件创建多个实景模具1的虚拟模具，并将创建的多个实景模具1存储于处理器22的存储模块。

S120：判断接入的实景模具，并将该实景模具与虚拟模具进行匹配。

具体的，判断接入的实景模具1，并将该实景模具1与虚拟模具进行匹配的子步骤如下：

S1201：对接入接入装置的实景模具进行识别，并获取标志信息。

具体的，将选用的实景模具接入至接入装置2的接入卡槽内。实景模具1上具有识别标志，将实景模具1接入接入装置2的卡槽内后，由识别器21对该实景模块1的标志进行采集，并将采集到的标志信息传送给处理器22，执行S1202。其中，识别器21设置于接入装置2上。

S1202：根据标志信息判断实景模具的具体类型，并生成判断结果。

具体的，处理器22接收到识别器21发送的标志信息后，由判别模块224对该标志信息进行判别，确认接入实景模具1的具体类型后，根据具体类型生成判别结果，将该判别结果发送至调用模块225，执行S1203。

S1203：根据判断结果调用虚拟模具进行使用。

具体的，由调用模块225根据接收到的判别结果从存储模块223中调取与该实景模块1相适配的虚拟模块，并将该虚拟模块导入显示器23进行使用。

S130：获取虚拟三维空间，将虚拟三维空间与虚拟模具进行匹配并使用。

进一步的，作为一个实施例，获取虚拟三维空间，将虚拟三维空间与虚拟模具进行匹配并使用的子步骤如下：

S1301：预先创建多个虚拟三维空间，并存储。

具体的，作为一个实施例，直接利用处理器的三维建模模块226中现有的创建三维模型的软件创建多个虚拟三维空间，并将创建的多个虚拟三维空间存储于处理器22的存储模块223。创建过程可以由用户完成或由系统自动完成。

具体的，作为另一个实施例，通过识别器21采集客户需要的实景三维空间，并将采集的实景三维空间上传至处理器22，由处理器22的处理模块222进行处理，生成与该实景三维空间对应的虚拟三维空间，并将生成的虚拟三维空间存储至存储模块223。

进一步的，对创建的虚拟三维空间进行分类存储。

具体的，作为一个实施例，虚拟三维空间可以按照空间风格进行分类，该空间风格可以包括唯美风(例如：花田三维空间、星空三维空间、烟火等)、忧伤风(例如：雨天、阴天等)、绚丽风(例如：舞台、KTV等)、清新风(例如：森林、草地、海边等)等空间风格。

作为另一个实施例，虚拟三维空间还可以按照场景进行分类，该场景可以包括乐器演奏场景、绘画场景、运动场景等场景。

S1302：确定待使用的虚拟三维空间。

具体的，作为一个实施例，使用者通过调用模块225根据个人喜好对虚拟三维空间进行选用。确认待使用的虚拟三维空间后执行S1303。

具体的，作为另一个实施例，调用模块225根据判别结果调用虚拟模块时，根据虚拟模块的具体类型向使用者推送适配该虚拟模块的虚拟三维空间，并由使用者根据推送进行选用。确认待使用的虚拟三维空间后执行S1303。

S1303：将待使用的虚拟三维空间与虚拟模具进行匹配并使用。

具体的，虚拟三维空间与虚拟模具进行匹配的子步骤如下：

T1：设定虚拟模具的空间坐标。

具体的，作为一个实施例，调用模块225将虚拟模具按照设定的空间坐标分别发送至VR设备3与显示器23进行使用。

T2：根据虚拟模具的空间坐标调整待使用的虚拟三维空间的空间坐标，完成虚拟三维空间与虚拟模块的匹配。

具体的，作为一个实施例，调用模块225根据虚拟模具的空间坐标调整虚拟三维空间的空间坐标后分别发送至VR设备3与显示器23进行使用。

本申请具有将三维虚拟现实与真实物品相结合，提高使用者的真实感受的技术效果。

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)

1.一种三维建模方法，其特征在于，步骤如下：

预先创建多个实景模具的虚拟模具，并存储；

判断接入的实景模具，并将该实景模具与虚拟模具进行匹配；

获取虚拟三维空间，将虚拟三维空间与虚拟模具进行匹配并使用。

2.根据权利要求1所述的三维建模方法，其特征在于，预先创建多个实景模具的虚拟模具包括如下子步骤：

利用CT成像系统获取实景模具的断层数据；

对断层数据进行插值处理，生成该实景模具的三维体数据；

对三维体数据进行多次平滑处理；

对经过平滑处理的三维体数据进行无监督分割，得到多个分割的区域；

对多个分割的区域进行等面值提取，得到相应的等值面；

对等值面进行三维表面分割，形成实景模具的虚拟模具，并存储。

3.根据权利要求1所述的三维建模方法，其特征在于，判断接入的实景模具，并将该实景模具与虚拟模具进行匹配的子步骤包括：

对接入接入装置的实景模具进行识，并获取标志信息；

根据标志信息判断实景模具的具体类型，并生成判断结果；

根据判别结果调用虚拟模具进行使用。

4.根据权利要求1所述的三维建模方法，其特征在于，获取虚拟三维空间，将虚拟三维空间与虚拟模具进行匹配并使用的子步骤如下：

预先创建多个虚拟三维空间，并存储；

选定待使用的虚拟三维空间；

将待使用的虚拟三维空间与虚拟模具进行匹配并使用。

5.根据权利要求4所述的三维建模方法，其特征在于，对预先创建的虚拟三维空间进行分类存储。

6.根据权利要求4所述的三维建模方法，其特征在于，虚拟三维空间与虚拟模具进行匹配的子步骤如下：

设定虚拟模具的空间坐标；

根据虚拟模具的空间坐标调整待使用的虚拟三维空间的空间坐标，完成虚拟三维空间与虚拟模块的匹配。

7.一种三维建模系统，其特征在于，包括至少一个实景模具，接入装置和VR设备，所述接入装置分别与所述实景模具和所述VR设备连接；所述接入装置用于执行权利要求1-6中任意一项所述的三维建模方法。

8.根据权利要求7所述的三维建模系统，其特征在于，所述接入装置包括识别器、处理器以及显示器，所述处理器分别与所述显示器和识别器连接；

其中，所述识别器用于根据处理器的指令获取接入接入装置的实景模具的标志信息或实景三维空间，并发送给所述处理器处理；

所述处理器用于接收识别器发送的数据，处理该数据并根据处理的数据创建虚拟模具和虚拟三维空间，并将调用的虚拟模具和虚拟三维空间分别发送给显示器和VR设备；

所述显示器用于接收并显示处理器和VR设备发送的数据。

9.根据权利要求8所述的三维建模系统，其特征在于，所述处理器包括采集模块，处理模块、存储模块、判别模块、调用模块；

其中，所述采集模块：用于获取实景模具的断层数据，并将该断层数据发送给处理模块；

所述处理模块：用于接收断层数据，对该断层数据进行处理并创建虚拟模具；接收识别器发送的实景三维空间并创建虚拟三维空间；将虚拟模具和虚拟三维空间传送至存储模块进行存储；

所述存储模块：用于存储创建的虚拟模具和虚拟三维空间；

所述判别模块：用于接收并判别识别器发送的的标志信息，并根据标志信息中的具体类型生成判别结果，将判别结果发送至调用模块；

所述调用模块：用于根据接收的判别结果调用与之相适配的虚拟模具和虚拟三维空间，将调用的虚拟模具和虚拟三维空间分别传送至显示器及VR设备进行使用。

10.根据权利要求7或9所述的三维建模系统，其特征在于，所述实景模具具有识别标志。