CN111114192A - 一种数字立体壁画的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字立体壁画的制作方法，按照以下步骤执行：步骤1、通过坐标轴对壁画原材料进行划分，每个位置分别对应相应的横坐标和纵坐标；将壁画原材料分割为多个单元，并分别采集壁画图像将其上传至资料库；步骤2、检查确认存在病害的单元壁画，对存在破损的单元壁画进行数字化修复；步骤3、在数据库内建立与相应的壁画载体的三维模型，获得单元壁画的三维坐标信息，将单元壁画的三维坐标信息与相应壁画载体的三维模型之间建立映射关系；步骤4、对单元壁画进行拼凑，存在间隙的部分进行图像处理使其自然连接，从而获得三维壁画图像集；步骤5、进行环幕立体高清数字壁画的制作。通过采用上述技术方案，无需占用实体空间，方便保存。

Description

一种数字立体壁画的制作方法

技术领域

本发明属于壁画技术领域，尤其涉及一种数字立体壁画的制作方法。

背景技术

壁画作为古人艺术的结晶，是人类最早记录事情，表达情感的手段之一，其在教堂、古墓、宫殿、寺庙等都有存在。但是因所处环境恶劣，经过岁月的磨砺，还有风蚀、雨淋、地震等因素的破坏，现存的壁画有不少存在残损。壁画作为人类漫长历史的见证人，有着不可或缺的地位，因此壁画保存的研究目前来说是一个比较重要的任务。

壁画的保存通常以修复为主，然而，由于壁画长期埋于地下，受潮湿和盐的侵袭，导致白灰层失效，会出现多种病害，如酥碱、起甲、空鼓等不同程度的病害，且修复后，由于环境等因素的不可抗力，仍存在病害反复的情况，如何将这些珍贵资源好好保存留给后世是一个比较重要的课题。

现有技术中，在利用计算机辅助壁画保护过程中，数字化技术仅用于壁画修复来降低修复的复杂程度，在壁画领域，数字化技术的更多用途正等待发掘。

发明内容

综上所述，为克服现有技术的不足，本发明提供一种数字立体壁画的制作方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种数字立体壁画的制作方法，按照以下步骤执行：步骤1、通过坐标轴对壁画原材料进行划分，每个位置分别对应相应的横坐标和纵坐标；将壁画原材料分割为多个单元，并分别采集壁画图像将其上传至资料库；步骤2、检查确认存在病害的单元壁画，对存在破损的单元壁画进行数字化修复；步骤3、在数据库内建立与相应的壁画载体的三维模型，获得单元壁画的三维坐标信息，将单元壁画的三维坐标信息与相应壁画载体的三维模型之间建立映射关系；步骤4、对单元壁画进行拼凑，存在间隙的部分进行图像处理使其自然连接，从而获得三维壁画图像集；步骤5、将三维模型装载入三维动画制作系统，进行环幕立体高清数字壁画的制作。

通过采用上述技术方案，相较于现有技术中，采用平面壁画修复，无法针对摩崖壁画、石窟壁画以及一些非平面的建筑壁画实现完全1比1还原，无法完全体现其艺术美感，通过数字化技术在实现壁画修复的同时，建立三维数字壁画，在实现壁画1比1还原的同时，通过数字化，无需占用实体空间，且可复制，方便保存，且不会如实体壁画存在病害反复的情况，同时将三维模型制作为环幕立体高清数字壁画，使得大众可以通过虚拟设备身临其境的欣赏、学习对应的壁画。

本发明进一步设置，所述步骤1包括如下步骤：步骤11、实地测量壁画整体的长度和高度，通过坐标轴对壁画进行划分，每个位置分别对应相应的横坐标和纵坐标；步骤12、根据图像的构成，将其分割成多个单元壁画；步骤13、通过壁画高清微距数字采集装置对单元壁画进行图像信息采集；步骤14、将采集的图像进行数字扫描获得数字图像；步骤15、将数字图像预处理然后上传至资料库，所述的预处理包括裁剪、旋转以及镜像。

通过采用上述技术方案，可以对壁画进行有序的高清采集，把壁画分成有序的部分采集，可以使壁画的各部分都非常清晰，同时通过壁画高清微距数字采集装置对单元壁画进行图像信息采集可减少像差，方便后期还原壁画原貌。

本发明进一步设置，所述步骤2包括如下步骤：步骤21、检查单元壁画，将存在病害的单元壁画资料归入待修复区；步骤22、根据病害的类型将存在病害的单元壁画资料分类为变色褪色组、龟裂起甲组、酥碱粉化组和空鼓脱落组；步骤23、根据分组不同，进行对应的数字化修复；步骤24、将修复完的单元壁画资料转移至完成区。

通过采用上述技术方案，针对不同的病害的类型，对单元壁画资料进行分类，然后选择对应的修复方法，效果更好，同时效率会更高。

本发明进一步设置，所述步骤23包括如下步骤：步骤231、进入变色褪色组，通过图像处理软件photoshop分层出彩色复原独立层，根据同时期的对照资料进行壁画的数字化涂色修复或色彩还原；步骤232、进入龟裂起甲组，通过图像处理软件photoshop针对龟裂起甲处进行图层剪切与备份，然后进行数字化填补修复；步骤233、进入酥碱粉化组，通过图像处理软件photoshop针对酥碱粉化处进行图层剪切与备份，然后打印输出于纸上，通过手绘复原壁画，再扫描上传，然后进行调整后与其他图层重新合并；步骤234、进入空鼓脱落组，确认图像存在变形或缺失，存在缺失，通过图像补全算法修补缺失部分的图像。

通过采用上述技术方案，针对常见的病害类别，通过不同的数字化手段对其进行修复，只需按照流程进行工作，一定程度降低了修复的技术难度，以及在提高修复质量的同时极大的提高了工作效率。

本发明进一步设置，所述步骤234包括如下步骤：步骤2341、如果图像本身的冗余性满足修补的要求，则用图像已知部分的信息来补全未知部分；步骤2342、如果图像本身的冗余性不满足修补的要求，则利用卷积神经网络学习图像中的高阶特性，利用所述高阶特性来指导图像缺失部分的生成。

通过采用上述技术方案，利用人工智能领域的深度学习技术识别出照片中的人物、动物、建筑物等特征，结合系统要求、用户选择、照片信息(基于图片识别模块的输出结果)等，从模板数据库中适配最相似的模板，根据得出的模板提取、处理和裁剪出一到多个符合要求的照片，从而提高了图片质量及专业性。

本发明进一步设置，所述步骤3包括如下步骤：步骤31、在现场对整体壁画载体的高度、宽度和深度进行实地测量，通过计算机对壁画载体进行3D格式的数字化模型的制作；步骤32、建立坐标系，确定坐标系的原点和刻度区间值，在坐标系上标注预置的多个的数据点；步骤33、计算所述数据点之间的过渡连接点的坐标值，依次连接各过渡连接点，得到数据点之间的曲线连接线；步骤34、利用三维渲染引擎将曲线连接线渲染为位图；步骤35、拍摄深度图以获取单元壁画的三维坐标信息，将单元壁画的三维坐标信息与相应壁画载体的三维模型之间相映射，使壁画素材与三维模型相贴合。

通过采用上述技术方案，利用三维渲染引擎将曲线连接线渲染为位图，具有较高的图形处理性能，该引擎提供在OpenGL之上的面向对象的框架，避免过于底层的开发工作，同时具有丰富的插件和接口，使系统的应用和开发具有很高的灵活性。

本发明进一步设置，所述步骤4包括如下步骤：步骤41、通过全景拼接技术，使各单元壁画相互拼接融合；步骤42、通过人工智能检测，检查并定位存在图像画面不连续、图像拼接错位等问题的拼接处并将其归入矫正选区；步骤43、对矫正选区内的图像进行自动优化。

通过采用上述技术方案，通过人工智能检测查漏补缺，提高了图像修复的质量及专业性，同时对于单元壁画相互拼接处采用系统优化，使壁画具有较好的图像连续性。

本发明进一步设置，所述步骤5包括如下步骤：步骤51、提供360°环形银幕的半径（R）、高度（H）、银幕纵向分辨率、银幕横向分辨率；步骤52、通过第一方程式Sy计算纵向分银幕数量Sy；通过第二方程式Sx计算横向分银幕数量Sx；通过第三方程式G计算分银幕图像栅条数量G；通过第四方程式G∑=Sy×Sx×G计算图像栅条总数；经验值夹角的取值范围为5°-20°，比例因子α的取值范围为1<α<1.2；步骤53、将三维模型装载入三维动画制作系统；步骤54、确定两台模拟摄像机的间距（D）和中心观测点离成像面的距离（L）；步骤55、对三维数据模型分近景、远景进行每帧渲染，输出左右眼两幅栅条图像，将连续的每个左眼栅条图像和右眼栅条图像拼接并进行变形矫正生成左眼分银幕图像和右眼分银幕图像；步骤56、分银幕图像通过环幕数码立体电影系统在环幕上预览；步骤57、将分银幕图像与分银幕图像之间的拼接重合区域做函数衰减处理形成融合区，使图像在播放时拼接处形成连续完整的图像；步骤58、分银幕图像通过环幕数码立体影院系统在环幕上预览，实现制作过程中的实时调整和再渲染。

通过采用上述技术方案，通过完全模拟人体的立体视觉原理克服了一般立体电影制作技术所造成的视角局限、观察点局限、立体视觉不适感等问题。同时使计算机三维中虚拟摄像机的成像面无限接近于真实的人体视觉成像面，具有高度仿生性和人机友好性，由此带来的是360全角度全方位的立体视觉体验，画面连续、仿真度高、纵深感强、使观看者融入影片中，产生极大的震撼力。

本发明进一步设置：所述壁画原材料包含摩崖壁画、石窟壁画以及建筑壁画等非平面壁画。

通过采用上述技术方案，由于壁画的种类不同，壁画原材料的载体很多时候存在非平面，但通过该技术可实现三维立体完全1比1还原，将细节部分做到最优，将这些壁画资源可以以最接近原始的样子更生动的形式进行保存，然后留给后世。

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明步骤1的流程图；

图3为本发明步骤2的流程图；

图4为本发明步骤23的流程图。

具体实施方式

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

参见附图，一种数字立体壁画的制作方法，按照以下步骤执行：步骤1、通过坐标轴对壁画原材料进行划分，每个位置分别对应相应的横坐标和纵坐标；将壁画原材料分割为多个单元，并分别采集壁画图像将其上传至资料库；步骤2、检查确认存在病害的单元壁画，对存在破损的单元壁画进行数字化修复；步骤3、在数据库内建立与相应的壁画载体的三维模型，获得单元壁画的三维坐标信息，将单元壁画的三维坐标信息与相应壁画载体的三维模型之间建立映射关系；步骤4、对单元壁画进行拼凑，存在间隙的部分进行图像处理使其自然连接，从而获得三维壁画图像集；步骤5、将三维模型装载入三维动画制作系统，进行环幕立体高清数字壁画的制作。

本实施例进一步设置，所述步骤1包括如下步骤：步骤11、实地测量壁画整体的长度和高度，通过坐标轴对壁画进行划分，每个位置分别对应相应的横坐标和纵坐标；步骤12、根据图像的构成，将其分割成多个单元壁画；步骤13、通过壁画高清微距数字采集装置对单元壁画进行图像信息采集；步骤14、将采集的图像进行数字扫描获得数字图像；步骤15、将数字图像预处理然后上传至资料库，所述的预处理包括裁剪、旋转以及镜像。

本实施例进一步设置，所述步骤2包括如下步骤：步骤21、检查单元壁画，将存在病害的单元壁画资料归入待修复区；步骤22、根据病害的类型将存在病害的单元壁画资料分类为变色褪色组、龟裂起甲组、酥碱粉化组和空鼓脱落组；步骤23、根据分组不同，进行对应的数字化修复；步骤24、将修复完的单元壁画资料转移至完成区。

本实施例进一步设置，所述步骤23包括如下步骤：步骤231、进入变色褪色组，通过图像处理软件photoshop分层出彩色复原独立层，根据同时期的对照资料进行壁画的数字化涂色修复或色彩还原；步骤232、进入龟裂起甲组，通过图像处理软件photoshop针对龟裂起甲处进行图层剪切与备份，然后进行数字化填补修复；步骤233、进入酥碱粉化组，通过图像处理软件photoshop针对酥碱粉化处进行图层剪切与备份，然后打印输出于纸上，通过手绘复原壁画，再扫描上传，然后进行调整后与其他图层重新合并；步骤234、进入空鼓脱落组，确认图像存在变形或缺失，存在缺失，通过图像补全算法修补缺失部分的图像。

本实施例进一步设置，所述步骤234包括如下步骤：步骤2341、如果图像本身的冗余性满足修补的要求，则用图像已知部分的信息来补全未知部分；步骤2342、如果图像本身的冗余性不满足修补的要求，则利用卷积神经网络学习图像中的高阶特性，利用所述高阶特性来指导图像缺失部分的生成。

本实施例进一步设置，所述步骤3包括如下步骤：步骤31、在现场对整体壁画载体的高度、宽度和深度进行实地测量，通过计算机对壁画载体进行3D格式的数字化模型的制作；步骤32、建立坐标系，确定坐标系的原点和刻度区间值，在坐标系上标注预置的多个的数据点；步骤33、计算所述数据点之间的过渡连接点的坐标值，依次连接各过渡连接点，得到数据点之间的曲线连接线；步骤34、利用三维渲染引擎将曲线连接线渲染为位图；步骤35、拍摄深度图以获取单元壁画的三维坐标信息，将单元壁画的三维坐标信息与相应壁画载体的三维模型之间相映射，使壁画素材与三维模型相贴合。

本实施例进一步设置，所述步骤4包括如下步骤：步骤41、通过全景拼接技术，使各单元壁画相互拼接融合；步骤42、通过人工智能检测，检查并定位存在图像画面不连续、图像拼接错位等问题的拼接处并将其归入矫正选区；步骤43、对矫正选区内的图像进行自动优化。

本实施例进一步设置，所述步骤5包括如下步骤：步骤51、提供360°环形银幕的半径（R）、高度（H）、银幕纵向分辨率、银幕横向分辨率；步骤52、通过第一方程式Sy计算纵向分银幕数量Sy；通过第二方程式Sx计算横向分银幕数量Sx；通过第三方程式G计算分银幕图像栅条数量G；通过第四方程式G∑=Sy×Sx×G计算图像栅条总数；经验值夹角的取值范围为5°-20°，比例因子α的取值范围为1<α<1.2；步骤53、将三维模型装载入三维动画制作系统；步骤54、确定两台模拟摄像机的间距（D）和中心观测点离成像面的距离（L）；步骤55、对三维数据模型分近景、远景进行每帧渲染，输出左右眼两幅栅条图像，将连续的每个左眼栅条图像和右眼栅条图像拼接并进行变形矫正生成左眼分银幕图像和右眼分银幕图像；步骤56、分银幕图像通过环幕数码立体电影系统在环幕上预览；步骤57、将分银幕图像与分银幕图像之间的拼接重合区域做函数衰减处理形成融合区，使图像在播放时拼接处形成连续完整的图像；步骤58、分银幕图像通过环幕数码立体影院系统在环幕上预览，实现制作过程中的实时调整和再渲染。

本发明技术方案中，将立体壁画通过三维技术以数字化形式重现于大众面前，其动画形式为立体壁画长镜头，属于全景投影，强调其壁画的仿真性和艺术性。

本实施例进一步设置：所述壁画原材料包含摩崖壁画、石窟壁画以及建筑壁画等非平面壁画。

以上以附图说明的方式对本发明作了描述，本领域的技术人员应当理解，本公开不限于以上描述的实施例，在不偏离本发明的范围的情况下，可以做出各种变化、改变和替换。

Claims (9)

1.一种数字立体壁画的制作方法，其特征在于，按照以下步骤执行：步骤1、通过坐标轴对壁画原材料进行划分，每个位置分别对应相应的横坐标和纵坐标；将壁画原材料分割为多个单元，并分别采集壁画图像将其上传至资料库；步骤2、检查确认存在病害的单元壁画，对存在破损的单元壁画进行数字化修复；步骤3、在数据库内建立与相应的壁画载体的三维模型，获得单元壁画的三维坐标信息，将单元壁画的三维坐标信息与相应壁画载体的三维模型之间建立映射关系；步骤4、对单元壁画进行拼凑，存在间隙的部分进行图像处理使其自然连接，从而获得三维壁画图像集；步骤5、将三维模型装载入三维动画制作系统，进行环幕立体高清数字壁画的制作。

2.根据权利要求1所述的一种数字立体壁画的制作方法，其特征在于，所述步骤1包括如下步骤：步骤11、实地测量壁画整体的长度和高度，通过坐标轴对壁画进行划分，每个位置分别对应相应的横坐标和纵坐标；步骤12、根据图像的构成，将其分割成多个单元壁画；步骤13、通过壁画高清微距数字采集装置对单元壁画进行图像信息采集；步骤14、将采集的图像进行数字扫描获得数字图像；步骤15、将数字图像预处理然后上传至资料库，所述的预处理包括裁剪、旋转以及镜像。

3.根据权利要求2所述的一种数字立体壁画的制作方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：步骤21、检查单元壁画，将存在病害的单元壁画资料归入待修复区；步骤22、根据病害的类型将存在病害的单元壁画资料分类为变色褪色组、龟裂起甲组、酥碱粉化组和空鼓脱落组；步骤23、根据分组不同，进行对应的数字化修复；步骤24、将修复完的单元壁画资料转移至完成区。

4.根据权利要求3所述的一种数字立体壁画的制作方法，其特征在于，所述步骤23包括如下步骤：步骤231、进入变色褪色组，通过图像处理软件photoshop分层出彩色复原独立层，根据同时期的对照资料进行壁画的数字化涂色修复或色彩还原；步骤232、进入龟裂起甲组，通过图像处理软件photoshop针对龟裂起甲处进行图层剪切与备份，然后进行数字化填补修复；步骤233、进入酥碱粉化组，通过图像处理软件photoshop针对酥碱粉化处进行图层剪切与备份，然后打印输出于纸上，通过手绘复原壁画，再扫描上传，然后进行调整后与其他图层重新合并；步骤234、进入空鼓脱落组，确认图像存在变形或缺失，存在缺失，通过图像补全算法修补缺失部分的图像。

5.根据权利要求4所述的一种数字立体壁画的制作方法，其特征在于，所述步骤234包括如下步骤：步骤2341、如果图像本身的冗余性满足修补的要求，则用图像已知部分的信息来补全未知部分；步骤2342、如果图像本身的冗余性不满足修补的要求，则利用卷积神经网络学习图像中的高阶特性，利用所述高阶特性来指导图像缺失部分的生成。

6.根据权利要求3所述的一种数字立体壁画的制作方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：步骤31、在现场对整体壁画载体的高度、宽度和深度进行实地测量，通过计算机对壁画载体进行3D格式的数字化模型的制作；步骤32、建立坐标系，确定坐标系的原点和刻度区间值，在坐标系上标注预置的多个的数据点；步骤33、计算所述数据点之间的过渡连接点的坐标值，依次连接各过渡连接点，得到数据点之间的曲线连接线；步骤34、利用三维渲染引擎将曲线连接线渲染为位图；步骤35、拍摄深度图以获取单元壁画的三维坐标信息，将单元壁画的三维坐标信息与相应壁画载体的三维模型之间相映射，使壁画素材与三维模型相贴合。

7.根据权利要求6所述的一种数字立体壁画的制作方法，其特征在于，所述步骤4包括如下步骤：步骤41、通过全景拼接技术，使各单元壁画相互拼接融合；步骤42、通过人工智能检测，检查并定位存在图像画面不连续、图像拼接错位等问题的拼接处并将其归入矫正选区；步骤43、对矫正选区内的图像进行自动优化。

8.据权利要求7所述的一种数字立体壁画的制作方法，其特征在于，所述步骤5包括如下步骤：步骤51、提供360°环形银幕的半径、高度、银幕纵向分辨率、银幕横向分辨率；步骤52、通过第一方程式Sy计算纵向分银幕数量Sy；通过第二方程式Sx计算横向分银幕数量Sx；通过第三方程式G计算分银幕图像栅条数量G；通过第四方程式G∑=Sy×Sx×G计算图像栅条总数；经验值夹角的取值范围为5°-20°，比例因子α的取值范围为1<α<1.2；步骤53、将三维模型装载入三维动画制作系统；步骤54、确定两台模拟摄像机的间距和中心观测点离成像面的距离；步骤55、对三维数据模型分近景、远景进行每帧渲染，输出左右眼两幅栅条图像，将连续的每个左眼栅条图像和右眼栅条图像拼接并进行变形矫正生成左眼分银幕图像和右眼分银幕图像；步骤56、分银幕图像通过环幕数码立体电影系统在环幕上预览；步骤57、将分银幕图像与分银幕图像之间的拼接重合区域做函数衰减处理形成融合区，使图像在播放时拼接处形成连续完整的图像；步骤58、分银幕图像通过环幕数码立体影院系统在环幕上预览，实现制作过程中的实时调整和再渲染。

9.根据权利要求1所述的一种数字立体壁画的制作方法，其特征在于：所述壁画原材料包含摩崖壁画、石窟壁画以及建筑壁画等非平面壁画。

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