[发明专利]基于图像的个性化真实感虚拟人物造型方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机图形图像处理技术和虚拟现实及数字娱乐领域，涉及一种利用从正面、侧面、背面摄取的四幅人体图像，生成具有真实感视觉外观的个性化人体模型的方法。

背景技术

目前三维人体造型大多通过以下三种方法实现：交互几何建模的方法、三维重建的方法和基于样本的方法。

交互几何建模的方法，大多根据人体解剖结构和外形特性，借助于Maya等三维造型软件，通过手工交互的方式完成。通常需要专业的美工人员才能胜任建模工作，制作时间较长，成本较高。

重建的方法，通过三维扫描仪或结构光的方式，可以得到精细的几何模型，但重建的结果中，通常存在大量的噪声数据和由于模型自遮挡或光线阴影引起的模型空洞，需要做大量的后续处理工作。

基于样本的方法，通过插值或变形样本人体模型，得到符合个性特征的人体模型。这种方法利用了已有模型的恒定结构，可以避免重建方法中的模型空洞现象，降低模型表面噪声的影响，在人体建模中显示出了众多的优越性。基于样本插值的方法，以大样本数据为基础，假设个性模型可以通过对样本的线性组合获取，但当个性参数超出样本集取值范围时，将不再有效，因而这类方法不适合构建穿有宽松服饰的人体模型。基于样本变形方法的有效性，则不受个性参数取值的影响。通过输入个性化的人体尺寸等数据变形已有的人体模型，得到个性化的结果模型。这种基于样本变形的方法，近年来，在基于人体图像的三维个性化人体造型中得到较多的应用，但已有的方法大多通过逐个变形模型的顶点来获取，通过柱面投影来实现纹理映射。这种基于逐个顶点变形的方法，通常缺乏人体的语义信息，导致模型的变形过程效率不高，同时变形过程容易产生模型自交现象等；而通过柱面投影映射纹理，需要将人体分割成躯干和四肢5个区域，进行分别纹理映射，这在相邻区域的边界上很容易引起纹理的变形和纹理裂缝，影响了视觉效果。

发明内容

本发明的目的在于：基于人体图像，提供一种操作简易、成本低廉，能快速地生成带服饰纹理的真实感个性化虚拟人。人体模型的变形基于人体的特征语义，具有效率高、算法鲁棒的优点；通过生成完整的人体纹理，实现了无缝的纹理映射。本发明提供的方法包括以下步骤：

步骤1：构造基于扫掠曲面的人体模型为人体模板模型，以平面截面环为扫掠曲面的基本几何元素，人体模型上的每个点都属于相应的截面环；

步骤2：在输入图像中，分割出人体图像，检测人体特征信息；

步骤3：从图像中获取人体几何信息，变形三维人体模板模型，生成个性化的人体几何模型；

步骤4：通过对人体模型的二维参数化，获得个性化人体模型的纹理坐标，在人体模型二维参数化结果上，由四幅正交人体图像生成逼真的人体纹理；

步骤5：将所述纹理无缝地映射到个性化人体模型上，得到真实感的视觉效果。

进一步，所述步骤2中的输入图像包括正面、侧面和背面四幅图像。

进一步，所述步骤2中的人体特征信息包括：人体特征点、人体骨架等。

进一步，所述步骤4中的正交人体图像为四幅正交人体图像。

进一步，所述步骤1包括：

步骤11：根据人体的生理结构信息，提取人体特征点，生成人体骨架；

步骤12：设置人体骨架上任意点的正交标架UVW；

步骤13：采样人体骨架，根据采样点上的局部标架向人体模型做截面，得到的截面环为扫掠曲面中的基本几何元素；

步骤14：建立截面环中心和骨架的相对坐标关系；

步骤15：采样截面环生成扫掠曲面的网格顶点，并三角化网格顶点，得到扫掠曲面；建立截面环和网格顶点从属关系；人体骨架、截面环扫掠曲面构成人体模板模型。

进一步，所述步骤2包括：

步骤21：在输入图像上，交互地分割出人体图像；根据人体生理特征信息，在人体图像轮廓上提取人体关节点；

步骤22：连接相邻的关节点，生成图像上的人体骨架。

进一步，所述步骤3包括：

步骤31：建立人体模板模型和二维人体图像在人体骨架上的对应关系；

步骤32：建立人体模板模型上截面环和人体图像之间的对应关系；

步骤33：得到截面环的几何变形参数，通过对截面环变形获取个性人体模型。

进一步，所述步骤4包括：

步骤41：自动将封闭的个性化人体模型切割成拓扑上等同于盘状的曲面，并参数化到二维平面，获得个性化人体模型的纹理坐标；

步骤42：在不同的视线方向上，自动检测人体图像和三维人体模型上肢体之间的自遮挡；