CN110853146A - 浮雕建模方法、系统及浮雕加工设备 - Google Patents

浮雕建模方法、系统及浮雕加工设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种浮雕建模方法、系统及浮雕加工设备，涉及材料加工技术领域，该方法首先对浮雕图案的图像进行预处理，得到浮雕图案的增强图像，然后计算浮雕图案的增强图像中的像素灰度值对应的高度值，根据浮雕图案的增强图像中的像素灰度值及其对应的高度值，构建浮雕图案的三维模型。通过对浮雕图案的三维模型进行拟合平滑操作，获得待加工的浮雕三维模型。该通过采用灰度映射高度的计算方式减少了运算量，并且利用高阶函数多点拟合法提升了浮雕雕刻策略，进一步提升浮雕雕刻的精度。

Description

浮雕建模方法、系统及浮雕加工设备
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域，尤其是涉及一种浮雕建模方法、系统及浮雕加工设备。
背景技术
浮雕是在材料平面上雕刻出凹凸起伏形象的一种雕塑技术，在内容、形式和材质上与传统的圆雕一样丰富多彩。浮雕的材料有石头、木头和金属等，已广泛应用在家具美化、模具制造及广告装潢等行业中，实木浮雕作为其中的一种表现形式，具有内容饱满、立体感强等优点。由于浮雕的加工工艺复杂，大规模生产过程中需要运用专业的浮雕加工设备，而现有技术中的这类设备操作复杂，对设计人员专业性要求高，浮雕的建模以及加工方案的设计过程较为繁琐。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种浮雕建模方法、系统及浮雕加工设备，通过采用灰度映射高度的计算方式减少了运算量，并且利用高阶函数多点拟合法提升了浮雕雕刻策略，进一步提升浮雕雕刻的精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种浮雕建模方法，该方法包括：
对浮雕图案的图像进行预处理，得到浮雕图案的增强图像；
计算浮雕图案的增强图像中的像素灰度值对应的高度值；
根据浮雕图案的增强图像中的像素灰度值及其对应的高度值，构建浮雕图案的三维模型；
对浮雕图案的三维模型进行拟合平滑操作，获得待加工的浮雕三维模型。
在一些实施方式中，上述对浮雕图案的图像进行预处理，得到浮雕图案的增强图像的步骤，包括：
获取浮雕图案的原始图像，将浮雕图案的原始图像进行灰度值变换，得到浮雕图案的灰度图像；
对浮雕图案的灰度图像进行双边滤波处理，得到双边滤波模糊图像；
采用高反差保留算法对双边滤波模糊图像进行图像融合计算，得到融合图像；
对融合图像进行高斯滤波，得到浮雕图案的增强图像。
在一些实施方式中，上述对浮雕图案的图像进行预处理，得到浮雕图案的增强图像的步骤之后，还包括：
获取浮雕加工幅面的大小；
根据浮雕加工幅面的大小，对浮雕图案的增强图像进行缩放。
在一些实施方式中，上述计算浮雕图案的增强图像中的像素灰度值对应的高度值的步骤，包括：
通过以下算式计算浮雕图案的增强图像中的像素灰度值对应的高度值：
Figure RE-RE-GDA0002315894100000021
上式中，Pij表示浮雕图案的增强图像的像素，其中的i表示像素行数； j表示像素列数；Pmax为最大灰度值；Pmin为最小灰度值；Zij表示第i行j列像素下对应的高度；Zmax为浮雕加工过程中的最大高度；Zmin为浮雕加工过程中的最小高度。
在一些实施方式中，上述根据浮雕图案的增强图像中的像素灰度值及其对应的高度值，构建浮雕图案的三维模型的步骤，包括：
初始化浮雕图案的三维模型，模型采用Z-MAP栅格数据结构进行构建；
遍历浮雕图案的增强图像中的像素，将像素映射至浮雕图案的三维模型中的水平坐标中；
将浮雕图案的增强图像中的像素灰度值及其对应的高度值映射至浮雕图案的三维模型中的垂直坐标中。
在一些实施方式中，上述根据浮雕图案的增强图像中的像素灰度值及其对应的高度值，构建浮雕图案的三维模型的步骤之后，还包括：
对浮雕图案的三维模型的Z-MAP栅格数据结构进行三角网格划分；
在OpenGL渲染场景下对浮雕图案的三维模型进行渲染。
在一些实施方式中，上述对浮雕图案的三维模型进行拟合平滑操作，获得待加工的浮雕三维模型的步骤，包括：
遍历浮雕图案的三维模型中的像素，获取像素对应的高度值；
根据像素对应的高度值，确定浮雕图案的切割策略；
对浮雕图案的切割策略中的离散切割点进行分段拟合，将高度值相同的离散切割点拟合成线段；将高度值不同的离散切割点进行多点拟合平滑操作；
分段拟合完成后，得到待加工的浮雕三维模型。
在一些实施方式中，上述多点拟合平滑操作通过二次函数的五点拟合平滑以及三次函数的七点拟合平滑的任意一种。
第二方面，本发明实施例提供了一种浮雕建模系统，该系统包括：
预处理模块；对浮雕图案的图像进行预处理，得到浮雕图案的增强图像；
高度值计算模块，用于计算浮雕图案的增强图像中的像素灰度值对应的高度值；
模型构建模块，用于根据浮雕图案的增强图像中的像素灰度值及其对应的高度值，构建浮雕图案的三维模型；
模型拟合模块，对浮雕图案的三维模型进行拟合平滑操作，获得待加工的浮雕三维模型。
第三方面，本发明实施例提供了一种浮雕加工设备，包括：处理器、存储器以及雕刻装置；存储器上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行上述第一方面中任一项提到的方法的步骤，通过控制雕刻装置对第一方面中任一项的方法中得到的待加工的浮雕三维模型进行加工。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例提供了一种浮雕建模方法、系统及浮雕加工设备，该方法首先对浮雕图案的图像进行预处理，得到浮雕图案的增强图像，然后计算浮雕图案的增强图像中的像素灰度值对应的高度值，根据浮雕图案的增强图像中的像素灰度值及其对应的高度值，构建浮雕图案的三维模型。通过对浮雕图案的三维模型进行拟合平滑操作，获得待加工的浮雕三维模型。该通过采用灰度映射高度的计算方式减少了运算量，并且利用高阶函数多点拟合法提升了浮雕雕刻策略，进一步提升浮雕雕刻的精度。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的浮雕建模方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的浮雕建模方法中步骤S101的流程图；
图3为本发明实施例提供的浮雕建模方法中，对浮雕图案的增强图像进行缩放过程的流程图；
图4为本发明实施例提供的浮雕建模方法中步骤S103的流程图；
图5为本发明实施例提供的浮雕建模方法中，对得到的浮雕图案的三维模型进行渲染的流程图；
图6为本发明实施例提供的浮雕建模方法中步骤S104的流程图；
图7为本发明实施例提供的浮雕建模系统的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种浮雕加工设备的结构示意图。
图标：
701-预处理模块；702-高度值计算模块；703-模型构建模块；704-模型拟合模块；101-处理器；102-存储器；103-总线；104-通信接口；105-雕刻装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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，本领域普通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。
浮雕是雕刻的一种特殊表现形式，浮雕是雕塑与绘画结合的产物，用压缩的办法来处理对象，靠透视等因素来表现三维空间，并只供一面或两面观看。浮雕一般是附属在另一平面上的，雕刻者将自己想要表达东西在一块平板上要塑造雕刻出来，使它脱离原来材料的平面。因此在建筑上使用更多，常用器物上也经常可以看到。由于浮雕具有压缩的特性，所占空间较小，所以适用于多种环境的装饰。
近年来，浮雕在家具美化、模具制造及广告装潢等行业中占了越来越重要的地位。浮雕在内容、形式和材质上与圆雕一样丰富多彩，常见的浮雕材料有石头、木头和金属等。为了更好的观赏需要或装饰需要，浮雕相对圆雕的突出特征是经形体压缩处理后的二维或平面特性。浮雕与圆雕的差别在于，它相对的平面性与立体性。它的空间形态是介于绘画所具有的二维虚拟空间与圆雕所具有的三维实体空间之间的所谓压缩空间。压缩空间限定了浮雕空间的自由发展，在平面背景的依托下，圆雕的实体感减弱了，而更多地采纳和利用绘画及透视学中的虚拟与错觉来达到表现目的。
可见，如今对浮雕的要求越来越高，材质种类也多种多样，浮雕的大规模生产需要运用专业的浮雕加工设备得以实现，这类设备操作复杂，对设计人员专业性要求高，浮雕的建模以及加工方案的设计过程较为繁琐。浮雕加工设备中的核心之一就是雕刻装置，雕刻装置中设置有雕刻刀，通过设置雕刻方案来控制雕刻刀的走位切割，称为“走刀”过程。走刀的过程需要雕刻刀从静止到加速，然后匀速运行实现切割，再减速到静止状态，可见走刀的过程较为复杂，如果频繁进行走刀，会加重雕刻装置的工作负担，在大规模生产过程中会降低雕刻装置的使用寿命，而且容易出现较大的加工误差。因此如何在保证浮雕完成的前提下，减少走刀的过程，现有浮雕建模中的走刀策略设置过程中还有提升空间。
考虑到现有浮雕建模中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种浮雕建模方法、系统及浮雕加工设备，该技术可以应用于浮雕加工过程中，可以采用相关的软件或硬件实现，下面通过实施例进行描述。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种浮雕建模方法进行详细介绍，该方法的流程图如图1所示，包括以下步骤：
步骤S101，对浮雕图案的图像进行预处理，得到浮雕图案的增强图像。
浮雕图案的选择需要遵循线条清晰简洁的方针，并不是所有图案都适合进行浮雕，具体的，用户可通过互联网来获取浮雕图案素材，也可根据已完成浮雕操作的图案中进行选取。
图像的预处理过程，是将浮雕图案的数字图像进行增强的过程，有利于后续的浮雕高度的计算。例如可采用数字图像处理中相关高反差保留算法来对浮雕图案的图像进行处理，进一步增加该图像的反差，有利于区分线条。
步骤S102，计算浮雕图案的增强图像中的像素灰度值对应的高度值。
如果浮雕图案是彩色图像，灰度值的获取需要经过相应转换，转换的过程采用灰度值计算公式，即可将彩色图像转换为灰度图像。像素的灰度值衡量图像中的明亮程度，对于浮雕图案来说，可以通过对灰度值进行相关转化，进而获得浮雕中图案所凸出的高度。
由于浮雕的艺术特殊性，并不能简单的通过灰度值的高低来直接获取高度值，需要运用特定的算式，在保证艺术效果的前提下，实现灰度值与高度值的转化。
步骤S103，根据浮雕图案的增强图像中的像素灰度值及其对应的高度值，构建浮雕图案的三维模型。
浮雕图案的增强图像是二维平面的，再加上图像对应的高度值，得到三维的浮雕图案。具体的，首先获取浮雕图案的增强图像中的所有像素，根据像素位置获得其对应的高度值，然后将像素点以及高度值映射到三维坐标中。例如可将浮雕图案的增强图像放置在平面坐标x-O-y中，像素点位置为x轴和y轴的坐标；该像素对应的高度值由z轴进行表征。
步骤S104，对浮雕图案的三维模型进行拟合平滑操作，获得待加工的浮雕三维模型。
获得的浮雕图案三维模型可根据可视化手段对模型进行具体展现，通过可视化后可直观展现该浮雕图案的三维模型中的具体线条，根据线条的走向，结合实际走刀的过程，对浮雕图案的三维模型进行拟合平滑操作。
经过拟合平滑操作后的浮雕图案的三维模型，其线条边缘更加平滑，该操作可将离散的走刀切割点进行整合。如果按照离散点进行走刀切割，需要频繁的对雕刻刀进行加速减速，加工效率较低。而通过拟合平滑操作后，将离散的走刀切割点整合成平滑的曲线，走刀的过程中可直接匀速执行切割，可以保证可高速切削加工的超高效率，并且具有零次抬刀过渡的优点。
该方法首先对浮雕图案的图像进行预处理，得到浮雕图案的增强图像，然后计算浮雕图案的增强图像中的像素灰度值对应的高度值，根据浮雕图案的增强图像中的像素灰度值及其对应的高度值，构建浮雕图案的三维模型。通过对浮雕图案的三维模型进行拟合平滑操作，获得待加工的浮雕三维模型。该通过采用灰度映射高度的计算方式减少了运算量，并且利用多点拟合法提升了浮雕雕刻策略，进一步提升浮雕雕刻的精度。
在一些实施方式中，对浮雕图案的图像进行预处理，得到浮雕图案的增强图像的步骤S101，如图2所示，包括：
步骤S201，获取浮雕图案的原始图像，将浮雕图案的原始图像进行灰度值变换，得到浮雕图案的灰度图像。
灰度变换的过程，可采用数字图像处理中常用的灰度心理学公式：
Gray＝R*0.299+G*0.587+B*0.114
其中，Gray表示该像素的灰度结果，R、G、B分别表示该像素对应的红色、绿色、蓝色通道的像素值。实际应用时，希望避免低速的浮点运算，所以需要整数算法。上式中的系数都是3位精度的小数，因此可将它们缩放1000倍来实现整数运算算法，此时的灰度心理学公式为：
Gray＝(R*299+G*587+B*114+500)/1000
由于RGB数据一般是8位精度，缩放1000倍后上式的运算是32位整型的运算。注意后面那个除法是整数除法，所以需要加上500来实现四舍五入。通常情况下该算法需要32位运算，所以该灰度心理学公式的常用以下的形式：
Gray＝(R*30+G*59+B*11+50)/100
浮雕图案的原始图像中所有像素均采用以上公式进行计算，得到结果按照原始图像中的像素进行排列，即可得到浮雕图案的灰度图像。
步骤S202，对浮雕图案的灰度图像进行双边滤波处理，得到双边滤波模糊图像。
双边滤波是数字图像中常用的算法之一，双边滤波能够保存图像边缘的同时过滤掉高频噪声，是一种非线性的高通滤波器。采用加权平均的方法对目标像素周边的像素亮度值进行加权平均，得到的结果代表目标像素的强度，最终得到双边滤波模糊图像。
步骤S203，采用高反差保留算法对双边滤波模糊图像进行图像融合计算，得到融合图像。
高反差保留算法的目的是将浮雕图案的图像中的线条显示效果更加明显，有利于后续的计算。具体的，可将浮雕图案的灰度图像进行拷贝，拷贝后的图像记为PC，双边滤波模糊图像记为PS，通过高反差保留算法计算得到融合图像PR，具体的，如下式所示：
PR＝RC-PS+127
由于图像灰度值范围是0-255，因此图像融合的过程中需要加上灰度值一半的数值，因此上式中的127也可以为128。这么做的目的是不让融合图像的值过低，导致图像过黑，导致丢失图像信息。
步骤S204，对融合图像进行高斯滤波，得到浮雕图案的增强图像。
为了使得图像显示效果更加自然，需要对融合图像进行高斯滤波操作。高斯滤波是数字图像处理中常见的滤波方式，通过设定模糊半径来对图像进行模糊，使得图像显示更加自然。
例如，在对融合图像进行高斯滤波时，模糊半径可设置在0.6-1.8之间，最终得到滤波后的融合图像，并将该图像最为浮雕图案的增强图像。
在一些实施方式中，上述对浮雕图案的图像进行预处理，得到浮雕图案的增强图像的步骤S101之后，由于得到的浮雕图案的增强图像不一定与浮雕加工幅面完全匹配，需要进行缩放处理，因此在得到增强图像之后，如图3所示，还包括：
步骤S301，获取浮雕加工幅面的大小。
浮雕加工的过程中，是对浮雕的幅面大小是各部相同的，例如同样浮雕图案运用在不同的家具中，可能幅面大小是不同的，因此有必要对浮雕图案的增强图像缩放至加工幅面所需的大小。
获取加工幅面的大小可参照幅面的长宽，如果加工幅面为不规则形状，可首先获取加工幅面的包围盒，然后根据包围盒的长宽进行缩放。
步骤S302，根据浮雕加工幅面的大小，对浮雕图案的增强图像进行缩放。
在获取浮雕加工幅面的大小后，结合浮雕图案的增强图像大小，获得缩放比例，再根据缩放比例对浮雕图案的增强图像进行缩放。缩放算法可采用数字图像处理中常用的双线性差值算法、双三次插值算法等。
在一些实施方式中，上述计算浮雕图案的增强图像中的像素灰度值对应的高度值的步骤S102，包括：
通过以下算式计算浮雕图案的增强图像中的像素灰度值对应的高度值：
Figure RE-RE-GDA0002315894100000111
上式中，Pij表示浮雕图案的增强图像的像素，其中的i表示像素行数； j表示像素列数；Pmax为最大灰度值；Pmin为最小灰度值；Zij表示第i行j列像素下对应的高度；Zmax为浮雕加工过程中的最大高度；Zmin为浮雕加工过程中的最小高度。
根据灰度映射高度的过程中，包括线性映射和非线性映射两种，在不考虑其它外界条件的影响下，像素与高度对应展开关系如下式所示：
其中，Z00为常数，a与a1为比例系数，为了减少计算量，本实施例采用线性映射的方式，如下所示：
当Pij＝Pmin时，Zij＝Zmin，根据上述公式，可得
Figure RE-RE-GDA0002315894100000114
当Pij＝Pmax时，Zij＝Zmax，根据上述公式，可得Zmax＝Z00+a。
联合上面几个公式即可得出：
Figure RE-RE-GDA0002315894100000115
其中，Pmin与Pmax可以由图像中获得，Zmin与Zmax为实际加工过程中的最小高度与最大高度。
在一些实施方式中，上述根据浮雕图案的增强图像中的像素灰度值及其对应的高度值，构建浮雕图案的三维模型的步骤S103，如图4所示，包括：
步骤S401，初始化浮雕图案的三维模型，模型采用Z-MAP栅格数据结构进行构建。
上述Z-MAP栅格数据结构采用Z深度坐标轴进行构建，在二维空间中， X轴代表着横向空间，Y轴代表着纵向空间，在三维空间工作时，一般要加上Z轴，代表了深度的概念，即Z深度。
步骤S402，遍历浮雕图案的增强图像中的像素，将像素映射至浮雕图案的三维模型中的水平坐标中。
步骤S403，将浮雕图案的增强图像中的像素灰度值及其对应的高度值映射至浮雕图案的三维模型中的垂直坐标中。
具体的，Z-MAP栅格在XY平面上的投影是一个规则点阵。根据图像灰度和高度信息，将图像各像素点映射到三维坐标上，达到实木浮雕三维建模目的。
在一些实施方式中，上述根据浮雕图案的增强图像中的像素灰度值及其对应的高度值，构建浮雕图案的三维模型的步骤S103之后，还可对得到的浮雕图案的三维模型进行渲染，方便后续的操作，如图5所示，该步骤包括：
步骤S501，对浮雕图案的三维模型的Z-MAP栅格数据结构进行三角网格划分。
三角网格在图形学和建模中广泛使用，用来模拟复杂物体的表面，因此将浮雕图案的三维模型的Z-MAP栅格数据结构进行三角网格划分后，用于后续的渲染过程。
步骤S502，在OpenGL渲染场景下对浮雕图案的三维模型进行渲染。
OpenGL(Open Graphics Library，开放图形库或者)是用于渲染2D、 3D矢量图形的跨语言、跨平台的应用程序编程接口，通过调用该接口可实现对浮雕图案的三维模型的渲染过程。
在一些实施方式中，上述对浮雕图案的三维模型进行拟合平滑操作，获得待加工的浮雕三维模型的步骤S104，如图6所示，包括：
步骤S601，遍历浮雕图案的三维模型中的像素，获取像素对应的高度值。
该步骤首先对浮雕图案的三维模型中高度值进行获取，为后续的拟合过程提供数据，可认为是对三维模型中高度值的初始化步骤。
步骤S602，根据像素对应的高度值，确定浮雕图案的切割策略。
根据三维模型中的所有像素对应的高度值，来获取浮雕图案的切割策略。切割策略的确定方针为在保证浮雕实现雕刻的前提下，尽可能的减少走刀的形成，而且走刀过程尽可能的匀速运行。
步骤S603，对浮雕图案的切割策略中的离散切割点进行分段拟合，将高度值相同的离散切割点拟合成线段；将高度值不同的离散切割点进行多点拟合平滑操作。
由于浮雕图案的样式多种多样，因此切割策略中会有较多的离散切割点，这些离散切割点不利于走刀的过程。而本步骤中对浮雕图案的切割策略中的离散切割点进行分段拟合，将高度值相同的离散切割点拟合成线段；将高度值不同的离散切割点进行多点拟合平滑操作。
在一些实施方式中，上述多点拟合平滑操作通过二次函数的五点拟合平滑以及三次函数的七点拟合平滑的任意一种。
通过拟合平滑操作后，离散切割点之间通过平滑曲线实现了连接，提升了浮雕雕刻策略，进一步提升浮雕雕刻的精度。
步骤S604，分段拟合完成后，得到待加工的浮雕三维模型。
上述实施例中可知，该方法对浮雕图案的图像进行预处理得到浮雕图案的增强图像，然后计算浮雕图案的增强图像中的像素灰度值对应的高度值，再根据浮雕图案的增强图像中的像素灰度值及其对应的高度值，构建浮雕图案的三维模型。通过对浮雕图案的三维模型进行拟合平滑操作，获得待加工的浮雕三维模型。该通过采用灰度映射高度的计算方式减少了运算量，并且利用高阶函数多点拟合法提升了浮雕雕刻策略，进一步提升浮雕雕刻的精度。
对应于上述浮雕建模方法的实施例，参见图7所述的浮雕建模系统，该系统包括：
预处理模块701；对浮雕图案的图像进行预处理，得到浮雕图案的增强图像；
高度值计算模块702，用于计算浮雕图案的增强图像中的像素灰度值对应的高度值；
模型构建模块703，用于根据浮雕图案的增强图像中的像素灰度值及其对应的高度值，构建浮雕图案的三维模型；
模型拟合模块704，对浮雕图案的三维模型进行拟合平滑操作，获得待加工的浮雕三维模型。
本发明实施例所提供的浮雕建模系统，其实现原理及产生的技术效果和前述浮雕建模方法的实施例相同，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
本发明实施例还提供了一种浮雕加工设备，包括：处理器101、存储器 102以及雕刻装置105；存储器102上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行上述浮雕建模方法的步骤，通过控制雕刻装置对浮雕建模方法中得到的待加工的浮雕三维模型进行加工。
图8所示的浮雕加工设备还包括总线103和通信接口104，处理器101、通信接口104和存储器102通过总线103连接。
其中，存储器102可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。总线103可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图8 中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口104用于通过网络接口与至少一个用户终端及其它网络单元连接，将封装好的IPv4报文或IPv4报文通过网络接口发送至用户终端。
处理器101可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器101中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器101可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称 ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本公开实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本公开实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器 102，处理器101读取存储器102中的信息，结合其硬件完成前述实施例的方法的步骤。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以用软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种浮雕建模方法，其特征在于，所述方法包括：
对浮雕图案的图像进行预处理，得到所述浮雕图案的增强图像；
计算所述浮雕图案的增强图像中的像素灰度值对应的高度值；
根据所述浮雕图案的增强图像中的像素灰度值及其对应的所述高度值，构建所述浮雕图案的三维模型；
对所述浮雕图案的三维模型进行拟合平滑操作，获得待加工的浮雕三维模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对浮雕图案的图像进行预处理，得到所述浮雕图案的增强图像的步骤，包括：
获取所述浮雕图案的原始图像，将所述浮雕图案的原始图像进行灰度值变换，得到所述浮雕图案的灰度图像；
对所述浮雕图案的灰度图像进行双边滤波处理，得到双边滤波模糊图像；
采用高反差保留算法对所述双边滤波模糊图像进行图像融合计算，得到融合图像；
对所述融合图像进行高斯滤波，得到所述浮雕图案的增强图像。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对浮雕图案的图像进行预处理，得到所述浮雕图案的增强图像的步骤之后，还包括：
获取浮雕加工幅面的大小；
根据所述浮雕加工幅面的大小，对所述浮雕图案的增强图像进行缩放。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述浮雕图案的增强图像中的像素灰度值对应的高度值的步骤，包括：
通过以下算式计算所述浮雕图案的增强图像中的像素灰度值对应的高度值：
Figure FDA0002277569430000021
上式中，Pij表示浮雕图案的增强图像的像素，其中的i表示像素行数；j表示像素列数；Pmax为最大灰度值；Pmin为最小灰度值；Zij表示第i行j列像素下对应的高度；Zmax为浮雕加工过程中的最大高度；Zmin为浮雕加工过程中的最小高度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述浮雕图案的增强图像中的像素灰度值及其对应的所述高度值，构建所述浮雕图案的三维模型的步骤，包括：
初始化所述浮雕图案的三维模型，所述模型采用Z-MAP栅格数据结构进行构建；
遍历所述浮雕图案的增强图像中的像素，将所述像素映射至所述浮雕图案的三维模型中的水平坐标中；
将所述浮雕图案的增强图像中的像素灰度值及其对应的所述高度值映射至所述浮雕图案的三维模型中的垂直坐标中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述浮雕图案的增强图像中的像素灰度值及其对应的所述高度值，构建所述浮雕图案的三维模型的步骤之后，还包括：
对所述浮雕图案的三维模型的Z-MAP栅格数据结构进行三角网格划分；
在OpenGL渲染场景下对所述浮雕图案的三维模型进行渲染。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述浮雕图案的三维模型进行拟合平滑操作，获得待加工的浮雕三维模型的步骤，包括：
遍历所述浮雕图案的三维模型中的像素，获取所述像素对应的高度值；
根据所述像素对应的高度值，确定所述浮雕图案的切割策略；
对所述浮雕图案的切割策略中的离散切割点进行分段拟合，将高度值相同的所述离散切割点拟合成线段；将高度值不同的所述离散切割点进行多点拟合平滑操作；
分段拟合完成后，得到所述待加工的浮雕三维模型。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述多点拟合平滑操作通过二次函数的五点拟合平滑以及三次函数的七点拟合平滑的任意一种。
9.一种浮雕建模系统，其特征在于，所述系统包括：
预处理模块；对浮雕图案的图像进行预处理，得到所述浮雕图案的增强图像；
高度值计算模块，用于计算所述浮雕图案的增强图像中的像素灰度值对应的高度值；
模型构建模块，用于根据所述浮雕图案的增强图像中的像素灰度值及其对应的所述高度值，构建所述浮雕图案的三维模型；
模型拟合模块，对所述浮雕图案的三维模型进行拟合平滑操作，获得待加工的浮雕三维模型。
10.一种浮雕加工设备，其特征在于，包括：处理器、存储器以及雕刻装置；所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器运行时执行如权利要求1至8任一项所述的方法，通过控制所述雕刻装置对权利要求1至8任一项所述的方法中得到的所述待加工的浮雕三维模型进行加工。
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