CN111031848B - 用于产生在假发制造中使用的3d数字模型的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本公开披露了一种用于产生在假发制造中使用的3D数字模型的方法，其包括：通过光学手段三维地扫描对象的头部，且获取该头部的3D几何结构和颜色信息，该3D几何结构和颜色信息之间具有位置对应性；基于3D几何结构和颜色信息产生头部的3D模型；基于颜色信息识别要被假发覆盖的目标区域；以及基于3D几何结构和颜色信息之间的位置对应性而获取目标区域的位置。本公开还披露了一种用于产生在假发制造中使用的3D数字模型的系统，其包括3D光学扫描仪和电子装置。

Description

用于产生在假发制造中使用的3D数字模型的方法和系统

技术领域

本公开涉及假发的定制制造。特别地，本公开涉及一种用于产生在假发制造中使用的3D数字模型的方法和系统。

背景技术

许多人例如由于疾病或变老或者仅仅是由于遗传而失去自然生长的头发。假发提供了重要的方式来改善/改变一个人的外貌。过去，一个人头部上的失去头发的区域——大或小——首先被勾画轮廓并测量，形成在平的基部材料上的假发按照该区域的尺寸被剪裁，且然后例如通过胶合或编辫被附连至头部以覆盖该区域。该方式的一个问题在于，假发的基部材料形状是平的，且当其被附连到头部时，产生褶皱且导致假发不能非常好地贴合脑壳的弯曲形状。这可能看起来不好，或导致假发与头部的松散/不稳定附连。

考虑到以上情况，已经提出了定制制作的假发。为了制造定制制作的假发，头部的实体模具通常按照客户头部的形状和尺寸在模具工厂制造，然后运输至假发工厂，在那里假发通过使用实体模具而被定制制造，且可制造为贴合该模具且由此良好地贴合客户的头部。

为了在制造头部的实体模具时提高准确度和效率，对象的头部的3D数字模型可首先被产生，然后实体模具可根据该3D数字模型被制造。但是，仍然存在对用于产生3D数字头部模型的高效且方便的改进方法的需求。

发明内容

本公开的多个方面解决一些上述问题。

根据本公开的一个方面，提供了一种用于产生在假发制造中使用的3D数字模型的方法，其包括：通过光学手段三维地扫描对象的头部，且获取该头部的3D几何结构和颜色信息，该3D几何结构和颜色信息在它们之间具有位置对应性；基于3D几何结构和颜色信息产生头部的3D模型；基于颜色信息识别要被假发覆盖的目标区域；以及基于3D几何结构和颜色信息之间的位置对应性而获取目标区域的位置。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于产生在假发制造中使用的3D数字模型的系统，其包括：3D扫描仪，用于扫描对象的头部且获取该头部的3D几何结构和颜色信息，该3D几何结构和颜色信息在它们之间具有位置对应性；以及电子装置，其接收所述3D几何结构和颜色信息，且被构造为：基于3D几何结构和颜色信息产生头部的3D模型；基于颜色信息在头部上识别要被假发覆盖的目标区域；以及基于3D几何结构和颜色信息之间的位置对应性而获取目标区域在3D模型上的位置。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于产生在假发制造中使用的3D数字模型的方法，其包括：在对象的头部上戴上弹性帽子，其包裹在该头部上且适形于该头部；用可见标识在弹性帽子上标记要被假发覆盖的目标区域的轮廓；通过光学手段三维地扫描对象的头部，且获取该头部的3D几何结构和颜色信息，该3D几何结构和颜色信息在它们之间具有位置对应性；以及基于3D几何结构和颜色信息产生头部的3D数字模型。

附图说明

本公开的其他特征、目的和优势将由以下详细描述并结合附图考虑时而更加清楚，在附图中：

图1是本公开的用于产生在假发制造中使用的3D数字模型的系统的例子的示意图；

图2是示出根据一些实施例的用于产生在假发制造中使用的3D数字模型的方法的例子的流程图；

图3是示出戴有弹性帽子的头部的图片；

图4是示出在图3的帽子上标记的可见标识的例子的图片；

图5是示出用于3D扫描的用户界面的例子的图片；

图6和图7是示出如图3和4所示的头部的3D模型的例子的图片，其中，图6仅示出3D几何结构，而图7示出具有颜色信息的3D模型；以及

图8是示出3D模型的例子的图片，其具有用线标识的目标区域的轮廓和头发分界线（hair part line）。

具体实施方式

现在将参考附图和例子进一步详细描述本申请。将理解，在此所述的特定实施例是用于解释相关发明的目的且不意图限制本发明。还应注意，为了描述的方便，仅与本发明有关的部分在附图中示出。为了明确，在本申请中的实施例和在实施例中的特征可彼此组合而没有冲突。

表述“示例性”、“例子”或其各种形式在此使用，以表达用作例子、实例或示例。在此被描述为“示例性”或描述为“例子”的任何方面或设计不必理解为相比于其他方面或设计是优选或有利的。此外，例子仅用于澄清和理解的目的被提供，且不意图以任何方式限制或约束该公开内容的被披露主题或相关部分。应意识到，变化范围的各种附加或替换例子可以被呈现，但是为了简洁而被省略。

本公开提供了一种用于产生3D数字模型的方法和系统，基于该模型，实体模具可被制备用于制造定制制造的假发。为了假发制造，不仅关于对象头部的形状和尺寸的信息，还有关于意图被假发覆盖的目标区域的信息都需要被收集。本公开的方法和系统提供用于收集这样的信息的高效方式。

图1是根据本公开的一方面的用于产生在假发制造中使用的3D数字模型的系统的例子的示意图。并且，图1中包括对象的头部1的示意图，该头部要被利用本公开的系统3D扫描和建模。附图标记“1a”和“1b”分别称为目标区域和目标区域的轮廓。目标区域1a是意图要被假发覆盖的区域。例如，目标区域1a可以是头部上的失去头发区域，且在该情况下，目标区域的轮廓1b位于失去头发区域的发际线所处之处。

如图1所示，该系统包括3D扫描仪10和电子装置20。3D扫描仪10用于通过光学手段三维地扫描对象的头部30，以便获取该头部的3D几何结构和颜色信息。通过3D扫描仪获取的3D几何结构和颜色信息在它们之间具有位置对应性。

在一些实施例中，3D扫描仪10包括双目相机，用于获取3D几何结构和颜色信息二者。

在一些其他实施例中，3D扫描仪10可被构造为使用红外光以获取3D几何结构，使用可见光以获取颜色信息。在这些实施例中，3D扫描仪10可例如分别包括一个用于检测红外光的摄像头和一个用于检测可见光的摄像头。

例如，3D扫描仪可通过光编码使用红外光获取3D几何结构。光编码是深度测量技术，其中诸如斑点这样的激光图案投射到要被测量的物体，该图案在一表面（激光图案投射到该表面上）上的图像被捕获和计算，以便获取该表面的3D几何结构。这样的3D扫描仪的例子包括但不限于市场上可得的枕骨结构传感器（OccipitalStructure Sensor）。

作为另一例子，3D扫描仪可通过飞行时间（time-of-flight）传感器使用红外光获取3D几何结构。通过飞行时间传感器，红外光可被投射到要被测量的物体上，在该物体上反射的光被飞行时间传感器检测，且被反射光的飞行时间被测量，以便提供物体的深度信息，基于该深度信息，可获取物体的3D几何结构。

与基于双目相机的扫描仪相比，基于红外光和光编码或飞行时间的3D扫描仪可有助于减少获取3D几何结构所需的计算。考虑提高3D扫描效率，基于红外光和光编码或飞行时间的3D扫描仪是优选的。

电子装置20接收3D几何结构和颜色信息，且被构造为基于3D几何结构和颜色信息产生头部的3D模型。

在一些实施例中，电子装置20可还被构造为，基于颜色信息识别头部上要被假发覆盖的目标区域；且基于3D几何结构和颜色信息之间的位置对应性而获取目标区域在3D模型上的位置。

电子装置20可包括一个或多个处理器以及一个或多个处理器可读存储装置，且所述一个或多个处理器可读存储装置具有编码在其上的指令，用于导致所述一个或多个处理器执行上述处理。

在一些实施例中，电子装置20可以是便携装置，诸如平板计算机。软件——例如定制APP——可安装在电子装置20中，以实现上述处理。

图2是示出用于产生在假发制造中使用的3D数字模型的方法的例子的流程图。图3至图8是用于以示例性方式示出该方法的不同阶段的图片。在此之后，该方法的例子的详细说明将参考这些附图进行。

如图2所示，在步骤S101中，在扫描之前，弹性帽子被戴在对象的头部上，包裹在该头部上且适形于该头部。图3是示出具有弹性帽子30的头部的图片。弹性帽子30本身可以是薄的织物材料。其在头部上紧紧地拉伸，将头发向下推到头部的表面上。帽子30产生相对整洁的表面，当扫描时其没有噪音（杂散头发几何结构），且由此头部的几何结构可以整洁且精确的方式被准确地测量。

在一些实施例中，弹性帽子30可以是白色的。白色最佳地反射不同波长的光，因为其是中性颜色的，这意味着大范围的波长的光可被白帽子良好地反射，且其上承载不同颜色信息的信号可通过扫描被获取。作为结果，扫描的质量和准确度可以被提高。

优选地，弹性帽子30厚度非常薄。作为例子，帽子30可具有不大于0.5mm的厚度；且更优选地，不大于0.1mm。由于帽子的材料如此薄，被扫描的几何结构是头部表面的非常准确的呈现。弹性帽子30可以是一次性的。

在步骤S102中，要被假发覆盖的目标区域的轮廓在弹性帽子上用可见标识标记。在图4所示的例子中，线31作为可见标识沿目标区域的轮廓（例如，失去头发区域的发际线）被画在帽子30上。

在一些实施例中，另一条线32作为另一可见标识可沿期望的头发分界线也标记在帽子30上，如图4所示。用于指示头发分界线的可见标识32可以是与用于目标区域的轮廓的可见标识31相同的颜色，例如绿色，但是可以是并非用于该轮廓的可见标识31的颜色的任何其他适当颜色，只要其可提供用于随后识别的足够好的对比即可。

可见标识需要与被扫描表面上的下层颜色质地或其他边界区分开。在该例子中，绿色被用于可见标识，因为其足够深以提供与白色帽子的强烈对比，且可在被捕获的数字颜色图像中相对容易地识别，从而其可利用软件算法被自动地追踪和测量。

但是，本公开不限于绿色的可见标识，且提供良好对比并可与下层皮肤或头发的颜色形成对照而容易识别的任何颜色可被使用。例如，荧光颜色——自然界里没有发现但是可容易地与自然的下层头部几何结构和颜色区分开——可用于在帽子上标记的可见标识。在此应注意，颜色信息指的是色度信息和/或亮度信息。这意味着，可见标识可用在本公开的方法中，甚至其仅在亮度/灰度水平方面与其背景不同。

在上述准备之后，在步骤S103中，头部通过光学手段被3D扫描，以获取头部的3D几何结构和颜色信息。

3D几何结构和颜色信息之间具有位置对应性。即，存在映射，其中对于3D模型的表面上的每个位置/点都存在对应的颜色值。颜色值通常存储为2D数字图像，3D几何结构通常存储为与3D网格的顶点相关联的UV坐标。UV坐标与2D数字图像一起构成映射的一种表示。对于在2D数字图像中的位置处的每个颜色值，该映射允许3D几何结构的表面上的3D点可以被识别出来。但是，该类型的映射仅是一个例子，且可使用将3D表面数据与颜色信息相关联的任何映射。

3D扫描可通过以上就本公开的系统所讨论的3D扫描仪10执行。

在电子装置20是便携装置的一些实施例中，3D扫描仪10可附连至电子装置20，且通过将电子装置20保持为3D扫描仪10指向对象的头部30且将装置20绕头部缓慢移动完整的360度圆圈，3D扫描被执行。但是将理解，其不总是必须围绕物体进行完整的360圆圈。如果被指定/感兴趣的区域较小的话，例如在头部的顶部上，该扫描可通过简单地站在一个位点中而操作者在周围移动摄像头而完成。

图5是示出用于3D扫描的用户界面的例子的图片。该用户界面可展示在电子装置20的屏幕上。如图5所示，捕获空间边界框（线框）40被显示在屏幕上，其指示一区域，在该区域内，物体可被有效地扫描。3D扫描仪的位置和/或姿势可被调整，以便使得头部定心在框中。按钮可设置在界面上，用于使用户控制扫描过程。

在一些实施例中，对象的头部的几何结构被3D扫描仪的一个摄像头使用红外光捕获，通过3D扫描仪的另一摄像头使用可见光在扫描处理过程中获取包含颜色信息的现场2D颜色图。被捕获的几何结构和2D颜色图被发送至电子装置20。

丢失的几何结构或孔可通过将3D扫描仪/电子装置移动到不同角度而被填充，以便捕获丢失的部分。

然后，在步骤S104中，头部的3D模型基于3D几何结构和颜色信息被产生。在一些实施例中，电子装置20可将被捕获的几何结构叠置在2D颜色图上，且以数字的方式实时产生头部的3D模型。关键帧可用于建立纹理图像，其可在该处理中随后在3D渲染器上被渲染。但是，关键帧对于产生3D模型不是必须的。

图6和图7是示出在步骤S104中产生的3D模型的例子的图片。在图6中，3D模型2仅展示有几何信息，且具有石膏像风格。如本领域的技术人员可理解的，仅展示有几何信息的3D模型可还具有其他风格，诸如3D网格，本公开在这方面没有被限制。图7示出3D模型2’，其还具有颜色信息，颜色信息已经在3D几何结构上被渲染。指示目标的轮廓和头发分界线的可见标识（例如，绿色线）可在图7的3D模型2’中看到。

在步骤S105中，要被假发覆盖的目标区域基于颜色信息被识别。目标区域的识别可通过基于颜色信息识别可见标识而执行。在图中所示的例子中，可见标识，例如绿色线，可由于其颜色被识别，其颜色与弹性帽子、呈现在头部表面上的头发和皮肤的颜色不同，且提供相对于这些颜色在一定值以上的对比度。

在一些实施例中，包含颜色信息的3D模型的2D图像可被显示，例如显示在电子装置20的屏幕上，且操作者可观察图像并手动地通过追踪可见标识识别目标区域的可见标识，例如利用触摸屏、鼠标和/或键盘。作为特定例子，如图7所示的3D模型的图像——其显示用颜色信息渲染的3D几何结构——可显示在电子装置的触摸屏上，操作者可在触摸屏上操作，以旋转3D几何结构，以便追踪目标区域的轮廓。作为另外的例子，从不同角度通过颜色信息显示3D模型的多个2D图像可被示出，操作者可手动和单独地追踪/识别这些2D图像中的轮廓。

在一些其他实施例中，目标区域可利用算法基于颜色信息被自动地识别。

在步骤S106中，目标区域的位置基于3D几何结构和颜色信息之间的位置对应性而被获取。更特别地，当包含颜色信息的3D模型的图像中的像素被识别为目标区域的轮廓上的点时，该像素/点在3D几何结构上的位置可被确定/获取，因为3D几何结构和颜色信息在它们之间具有位置对应性。

在一些实施例中，步骤S106可与步骤S105并行地被执行。例如，当目标区域的轮廓的识别通过在展示在屏幕上的用颜色信息渲染的3D几何结构上手动地追踪而执行时，一旦一个点被识别为在轮廓上，该点在3D几何结构上的位置可被计算且在3D几何结构上被实时指示，例如通过重叠在可见标识31（目标区域的轮廓）上的线51（例如，红色线），如图8所示。

关于目标区域的位置的信息可以作为详细说明3D模型的电子文档的一部分并入，且这样的信息可在需要时被查询到。在优选实施例中，目标区域的位置可以在3D模型上标示/标记，例如，通过如图8所示的指示目标区域的轮廓的线，或通过在3D几何结构上用与其他区域颜色不同的颜色渲染该目标区域。但是，本公开的系统和方法不意图在这方面被限制。

如图所示，以类似的方式，在步骤S105和S106中，期望的头发分界线可也被识别，且其位置可被获取，且其详细说明在此为了简便被省略。

以示例而非限制性的方式，根据一些实施例的用于产生3D数字模型的方法在以上参考图2的流程图被解释。应注意，尽管将弹性帽子戴在对象的头部上（步骤S101）和用可见标识在帽子上标记目标区域的轮廓（步骤S102）的步骤在大多数情况中是优选的，本公开的方法可在没有它们的情况下被实施。当失去头发区域——作为目标区域——具有明显且整齐并完整围绕目标区域的发际线时，这是特别可行的。在该情况下，对象的头部可以在不戴帽子的情况下通过光学手段被3D扫描，且3D模型可基于被扫描的3D几何结构和颜色信息被产生。然后，通过基于颜色信息识别发际线，或者通过基于失去头发区域中的皮肤颜色和周围区域中的头发颜色之间的差异识别目标区域本身，目标区域可被识别。

还应注意，没有步骤S105和S106，如图2所示的步骤S101至S104可用作用于产生3D数字模型的独立/完整的方法。步骤S105和S106中的处理可单独地执行，例如通过另一方或另一操作者，或在另一装置/系统中。

根据本公开的另一方面，披露了一种用于生产假发的方法，其包括：如上所述产生3D数字模型；基于该3D数字模型制备实体模具；以及通过利用实体模具生产假发。

根据本公开的另一方面，披露了一种非瞬态程序存储装置，其是通过处理器可读的，且包括存储在其上的指令，以导致一个或多个处理器单独或以任何组合实施根据一个或多个如上所述的实施例的方法。

根据本公开的另一方面，披露了一种装置，其包括：存储器；显示元件；以及一个或多个处理器，所述处理器操作地联接至存储器和显示元件且被构造为执行存储在存储器中的程序代码，以单独或以任何组合实施根据一个或多个如上所述的实施例的方法。

应注意，尽管本方法的操作在图中以特定顺序描述，这不是要求或暗示操作必须以该特定顺序执行，或者所示的所有操作必须执行以便实现期望的结果。相反，在流程图中所示的步骤可改变它们的执行顺序。附加或替代地，一些步骤可被省略，多个步骤可组合为一个步骤，和/或一步骤可分解为多个步骤。

前述描述仅是本申请的有利实施例和本申请的技术原理的描述。本领域的技术人员应理解，在本申请中叙述的本发明范围不限于上述技术特征的特定组合形成的技术方案，且还应涵盖通过上述技术特征或它们等同特征的任何组合形成的其他技术方案。例如，技术方案可以是通过上述特征和本申请中披露的具有相似功能的技术特征（但不限于其）之间的相互替代而形成的那些。

Claims (21)

1.一种用于产生在假发制造中使用的3D数字模型的方法，包括：

在对象的头部上戴上弹性帽子，所述弹性帽子包裹在该头部上且适形于该头部；

用可见标识在弹性帽子上标记目标区域的轮廓；

通过光学手段三维地扫描对象的头部，获取该头部的3D几何结构和颜色信息，该3D几何结构和颜色信息在它们之间具有位置对应性；

基于3D几何结构和颜色信息产生头部的3D模型；

基于颜色信息在3D模型上识别要被假发覆盖的目标区域，所述识别要被假发覆盖的目标区域是通过基于颜色信息识别弹性帽子上的可见标识而执行的；以及

基于3D几何结构和颜色信息之间的位置对应性而获取目标区域的位置。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述识别要被假发覆盖的目标区域包括显示包含所述颜色信息的3D模型的图像以及通过操作者手动地识别图像中的可见标识。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述识别要被假发覆盖的目标区域包括用算法自动地识别可见标识。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述三维地扫描对象的头部包括使用红外光以获取3D几何结构以及使用可见光以获取颜色信息。

5.如权利要求4所述的方法，其中，红外光被用于通过光编码获取3D几何结构。

6.如权利要求4所述的方法，其中，红外光被用于通过飞行时间传感器获取3D几何结构。

7.如权利要求1所述的方法，其中，弹性帽子是白色且半透明的。

8.如权利要求1所述的方法，其中，弹性帽子具有不大于0.5mm的厚度。

9.如权利要求4所述的方法，其中，所述可见标识通过使用记号笔形成，其具有的颜色提供相对于弹性帽子、皮肤颜色和头发颜色在一定值以上的对比度。

10.如权利要求9所述的方法，其中，记号笔是绿色的或具有荧光颜色。

11.如权利要求1所述的方法，其中，所述三维地扫描对象的头部包括使用双目相机，以获取3D几何结构和颜色信息二者。

12.如权利要求1所述的方法，还包括：

在弹性帽子上用另外的可见标识标记头发分界线；

基于颜色信息在3D模型上识别头发分界线；以及

基于3D几何结构和颜色信息之间的位置对应性获取分界线的位置。

13.一种用于产生在假发制造中使用的3D数字模型的系统，包括：

3D扫描仪，用于扫描对象的头部且获取该头部的3D几何结构和颜色信息，该3D几何结构和颜色信息在它们之间具有位置对应性；以及

电子装置，其接收所述3D几何结构和颜色信息，且被构造为：

基于3D几何结构和颜色信息产生头部的3D模型；

基于颜色信息在3D模型上识别要被假发覆盖的目标区域；以及

基于3D几何结构和颜色信息之间的位置对应性而获取目标区域在3D模型上的位置，

其中，所述电子装置被构造为，通过识别设置在包裹在头部上且适形于该头部的弹性帽子上的一个可见标识/多个可见标识而识别目标区域，可见标识标记目标区域的轮廓。

14.如权利要求13所述的系统，其中，3D扫描仪使用红外光以获取3D几何结构，且使用可见光以获取颜色信息。

15.如权利要求14所述的系统，其中，3D扫描仪通过光编码使用红外光以获取3D几何结构。

16.如权利要求14所述的系统，其中，3D扫描仪通过飞行时间传感器使用红外光以获取3D几何结构。

17.如权利要求13所述的系统，其中，3D扫描仪包括双目相机，用于获取3D几何结构和颜色信息二者。

18.如权利要求14所述的系统，其中，电子装置被构造为，显示3D模型的包含所述颜色信息的图像，并接收追踪目标区域轮廓的操作者的输入，以便识别目标区域。

19.如权利要求13所述的系统，其中，软件被构造用于用算法自动地识别目标区域。

20.如权利要求13所述的系统，其中，软件还被指示用于：

基于颜色信息识别头部上的分界线；以及

基于3D几何结构和颜色信息之间的位置对应性而获取该分界线在3D模型上的位置。

21.一种用于产生在假发制造中使用的3D数字模型的方法，包括：

在对象的头部上戴上弹性帽子，其包裹在该头部上且适形于该头部；

用可见标识在弹性帽子上标记要被假发覆盖的目标区域的轮廓；

通过光学手段三维地扫描对象的头部，且获取该头部的3D几何结构和颜色信息，该3D几何结构和颜色信息在它们之间具有位置对应性；

基于3D几何结构和颜色信息产生头部的3D数字模型；

基于颜色信息，通过识别弹性帽子上的可见标识，在3D数字模型上识别目标区域；以及

基于3D几何结构和颜色信息之间的位置对应性而获取目标区域的位置。