專利名稱：一種三維彩色物品制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維彩色物品制作方法，其用于才艮據(jù)三維對象制作三 維彩色物品。
背景技術(shù)：
人或其他三維對象過去通常是用傳統(tǒng)的相機來拍攝的，最近，數(shù)碼相機 被用來拍攝三維對象的二維圖片，這些數(shù)碼圖像信息的儲存給人更加深刻 的細節(jié)和色彩的印象感，然后被用于以后的瀏覽和打印。圖1即表示該過
程數(shù)碼相機12拍取一個三維對象10的一個或多個二維圖片，然后數(shù)碼 相機12通過存儲卡或數(shù)據(jù)線把二維圖片轉(zhuǎn)存到計算機14上，后者把二維 圖片通過與之連接的打印機16打印出彩色照片18。其中數(shù)碼相機12有一 個鏡頭用來4聶取來自于三維對象10的光線，三維對象10的光線凈皮收集送 往數(shù)碼相機內(nèi)的電荷耦合器(CCD )或其他圖像感應(yīng)器上。電荷耦合器(CCD ) 將攝取的光線轉(zhuǎn)換成代表顏色和陰影度的像素，像素被數(shù)碼相機12以標準 的格式儲存著，例如:聯(lián)合圖像專家組格式(JPEG)或者位圖格式(BMP)， 這些像素可能表現(xiàn)為某種形式，例如貝爾(BAYER )形式。在此有些位置(X， Y)上可能有某些色彩的像素，但缺乏其他像素的色彩，這就要求插入缺少 的色彩。數(shù)碼相機l2的存儲卡被插入到計算機14 一個特殊的讀取器，或者 一種接口 ，諸如USB線，被用來傳輸圖像文本到計算機14,計算機14接收到 來自數(shù)碼相機12的JPEG的圖像文本，以JPEG格式文件顯示的圖像文本可 能被轉(zhuǎn)換成像素并顯示于計算機14上，或者被轉(zhuǎn)換成可打印的像素并通過 打印機16打印出來，打印機16能輸出三維對象10的二維彩色照片18,盡管有顏色和細節(jié)，但是彩色照片18仍然是平面的圖像，因為照片缺乏立體 感，它還不是三維對象10的完美代替。
圖2表示一種三維對象制作過程其包括三維數(shù)碼相機20和20，以及 三維打磨(精雕)機24，三維數(shù)碼相機20拍取三維對象10的三維圖像，三 維相機能使用多種技術(shù)用以獲取不僅包括二維圖像，而且包括三維對象10 的三維信息，例如，某些三維相機可能置有實際接觸三維對象10表面的機 械探頭.當機械探頭沿著三維對象10表面滑過時，三維數(shù)碼相機20拍取探 頭的運動軌跡，該運動軌跡對應(yīng)于三維對象10的三維特征。三維數(shù)碼相機 20的其他技術(shù)可能使用激光測距儀以測定三維數(shù)碼相機20與三維對象10 外表位置之間的距離，該測距儀可以沿著三維對象l(H黃跨掃描；另一種方 法是投射坐標網(wǎng)格線到三維對象10表面，然后被投射網(wǎng)格上的扭曲像呈現(xiàn) 在三維對象10表面，被三維數(shù)碼相機20拍取，坐標網(wǎng)格線可能有不同的色 彩輔助輪廓的識別；還有一種是時間變動性的正弦曲線也能夠祐^殳射到三 維對象10表面，三維數(shù)碼相機獲取不同時刻的變化，另一種三維數(shù)碼相機 20，可能用于拍取富有立體感的圖像，或者移動三維數(shù)碼相機20從不同的 側(cè)面或角度取景，然后組合成單一的三維對象10的三維模型，三維信息能 儲存為Z的輪廓圖或者附加于相機拍取的普通二維圖象信息的距離資料， 再以某些標準的三維幾何文本格式諸如DXF， VRML和STL的形式存在，也可 以使用不同的專有格式。三維打磨機24從三維數(shù)碼相機20中讀取幾何文 本，并通過鉆頭22在坯體28上打磨出三維物品26輪廓，不同的快速原型 系統(tǒng)可利用，例如計算機數(shù)碼控制(CNC)打磨機，三維打磨機24收到三維數(shù) 碼相機20發(fā)送過來的幾何文本并轉(zhuǎn)換成一系列鉆頭22的轉(zhuǎn)動，坯體28加 載于三維打磨機24上，并能夠通過翻轉(zhuǎn)機25上下左右移動和翻轉(zhuǎn)，以讓鉆 頭22在坯體28表面理想的位置切削，經(jīng)過一段時間后，鉆頭22將坯體28 切削成三維物品26，打磨后的三維物品26是經(jīng)三維數(shù)碼相機20拍取和轉(zhuǎn) 換為幾何文本發(fā)送到三維打磨機24后的三維對象10的替代像，盡管打磨后的三維物品26是三維對象10的三維替代像,但是它可能缺少三維對象10 的色彩、質(zhì)感和其他部分特征。例如:坯體28可能是蠟塊或者軟塑料，這 樣打磨后的三維物品26只有一種色調(diào)和質(zhì)感，不4象三維對象10那樣有不 同的色調(diào)和質(zhì)感。在上述兩個三維對象10的復(fù)制過程中，第一種方法所得 到的二維彩色照片18把三維對象10的色彩和質(zhì)感細節(jié)信息缺失了；第二 種方法所得到的三維物品26未能圓滿地拷貝三維對象10的色彩、細節(jié)信 息和外形。
圖3表示公知的又一種三維對象制作過程，三維對象30的圖像經(jīng)數(shù)碼 相機31拍取圖片后傳送至計算機,計算機將圖片通過打印機33打印出彩色 照片34或者由圖片處理軟件處理成圖像32顯示在計算機上的，在彩色照 片34的基礎(chǔ)上，雕刻家用粘質(zhì)材料35雕刻出臉部和頭部輪廓與彩色照片34 或者圖像32相似的濕坯36,濕坯36需要進行硬化處理，例如放到微波爐 37或者烤爐中進行加熱或燒結(jié)形成干坯38。然后繪畫家根據(jù)彩色照片34 或者圖像32在干坯38上對應(yīng)位置繪上相應(yīng)的色彩，包括皮膚顏色、面部 特征和頭發(fā)顏色，繪制完成后，將完全著色的干坯38安裝與身體塑像組成 一個完整的三維物品39。從中可以看出，雕刻一個人的面部和頭部輪廓是 容易的因為它沒有類似于個人特點的問題，但是通常是要雕塑一個具有細 節(jié)性的頭像是高難度的，既費時又昂貴。
還有一種三維物品的制作方法是在不同的位置來進行拍照，獲取臉部、
眼睛、鼻子、耳朵、嘴巴和頭部的各部分的比率，然而多種技術(shù)同時運用 來雕塑一個人的臉部和頭部是很容易出錯的并且是費時的，質(zhì)量不一致的
同時又十分昂貴。美國專利US6244926的擁有者喬治提供了一個體系和方 法來生產(chǎn)玩偶的頭部，特別是用于小孩頭部的制作，這些面部特征的選擇 包括7種面部輪廓的要素膚色、眼睛顏色、睫毛顏色、眉毛顏色、厚度 和形狀、頭發(fā)顏色、長短和發(fā)型、胎記、痣或斑點。這些收集到的特征被 運用于玩偶頭部的制作形成以一個個性化的玩偶。美國專利US4993987的所有者赫爾關(guān)于制作一個個性化玩偶的闡釋拍取例如母親的面部照片， 運用在玩偶的制作過程中。鑒于上述技術(shù)的缺陷，三維物品的制作需要一 個更加精確的發(fā)明出現(xiàn)，完美的制作方法是^f吏三維物品制作不昂貴、逼真、 質(zhì)量有保證、費時少，并且能真實體現(xiàn)三維對象原有的色彩、4侖廓和深度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種三維彩色物品制作方法，其能 夠在4交短的時間內(nèi)以4交^f氐的成本制作逼真的三維彩色物品。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是這樣的 一種三維彩色物品制作方法，包 括如下步驟
a) 、用過數(shù)碼相機獲取三維彩色對象至少一個面的二維圖像并存儲到計 算機上；
b) 、利用三維制作軟件在把步驟a的二維圖像重建成三維彩色模型；
c) 、利用三維彩色模型生成包含三維元素的三維幾何文件和包含色彩元 素的色彩文件；
d) 、將三維幾何文件和色彩文件轉(zhuǎn)換成三維打印機可識別的三維打印文
件；
e) 、通過三維打印機把三維打印文件打印出三維彩色物品。 基一同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明提供又一種三維彩色物品制作方法，包括
如下步驟
a) 、用三維數(shù)碼相機獲取三維彩色對象的三維彩色模型并存儲到計算機
上；
b) 、利用三維彩色模型生成包含三維元素的三維幾何文件和包含色彩元 素的色彩文件；
c) 、將三維幾何文件和色彩文件轉(zhuǎn)換成三維打印^/L可識別的三維打印文
件；d)、通過三維打印才幾把三維打印文件打印出三維彩色物品。 通過采用前述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明所提供的制作 的方法克服了以前對三維物體描述不夠逼真的缺陷，同時所制得的三維彩 色物品不再像以前那么昂貴，制作過程也不像以前那樣的費時，重要的是 做成的三維彩色物品非常逼真，表現(xiàn)在三維彩色物品的色彩、輪廓和深度 等與原型非常接近。


圖1是公知的從三維對象獲取二維圖片的制作過程； 圖2是公知的從三維對象獲取三維物品的制作過程； 圖3是公知的另一種從三維對象獲取三維物品的制作過程； 圖4是實施例從三維對象獲取三維物品的制作過程； 圖5是實施例從三維對象獲取三維物品的流程方框具體實施例方式
參考圖4及圖5,實施例公開一種三維彩色物品制作方法，頭部側(cè)面和 正面的照片由傳統(tǒng)相機或數(shù)碼相機40拍取然后由三維制作軟件41重建成 三維彩色模型，三維彩色模型包含三維幾何文件和色彩文件(簡稱三維圖 像文件42)，在重建三維彩色模型時可能會用到三維制作軟件。電腦制作 者在普通的計算機上制作三維彩色模型時，可以利用三維制作軟件根據(jù)提 供的二維彩色照片的面部特征進行雕塑。在三維制作軟件41雕塑完成的頭 像上覆蓋同彩色照片中頭和臉部一樣的色彩，這樣一個三維彩色模型重建 就完成了。這些軟件是來自美國的商用三維制作軟件例如由Autodesk開發(fā) 的3D studio max和Maya,由Rhinoceros開發(fā)的Rhin，由AutoDesSys公司 開發(fā)的From-z，由Pixologic開發(fā)的Zbrush。由三維制作軟件41重建的三維彩色模型的細節(jié)被置于三維幾何文件 中，這個三維幾何文件可能包含有標準文件格式例如DXF， STL， 0BJ， VRML或 IGES,該三維幾何文件包含三維坐標數(shù)據(jù)，另外還包括一個三維彩色模型表 面色彩的色彩文件。
由三維制作軟件41生成的三維幾何文件和色彩文件經(jīng)過轉(zhuǎn)換變成可被 三維打印機44接收和識別的三維打印文件43,例如VRML或STL格式。在 三維圖像文件42被轉(zhuǎn)化成可被三維打印機44的識別的格式之前，色彩文 件可能調(diào)整光度、黑暗度或色澤。
可打印的三維打印文件43發(fā)送到三維打印機44,例如由美國波士頓Z 公司生產(chǎn)的Z510或者Z410彩色打印機。三維打印機44利用惠普彩色打印 頭45打印出彩色的具有細節(jié)的三維頭像46,具體地i兌，三維打印機44通 過打印軟件把三維圖像切割成成千上百個層面，每一層面包含每個位置的 幾何結(jié)構(gòu)和對應(yīng)顏色，三維打印機44則需要將這些出自軟件切割的每個層 面使用特殊的石膏粉重組起來，然后將色彩打印到已經(jīng)鋪好的石膏粉層面 來完成三維彩色模層，同時三維打印機44要在各個層面上同時將這些切割 的層面用粘合劑重組起來，每個層面色彩的建立都和下一個層面是相關(guān)的， 最后所有的層面^皮打印出來同時打印出的三維物體有顏色，這樣一個逼真 的三維頭像46就形成了。
三維頭像46可能被刷、砂光滑，被清洗然后用氰基丙烯酸酯或其他液 體使其硬化，然后通過彈簧或其他東西與身體連接起來，這樣一個彩色的 三維雕像47就完成了。其中三維雕像的身體可能是同制作一個彩色的頭部 雕像一樣的過程。
在圖5中，用方框圖的形式描述前述三維彩色雕像的制作過程
在步驟101中，正面和側(cè)面的照片由數(shù)碼相機拍攝好后轉(zhuǎn)存到計算機。
在步驟102中，三維制作軟件用來根據(jù)正面的照片的幾何圖形重建出 三維模型，并且顯示了臉、鼻子、眼睛、牙齒和嘴巴。側(cè)面的照片用來建立額頭、下巴和鼻子的高度和深度，三維模型經(jīng)過電腦雕塑以后和照片相 符了，最后用二維照片覆蓋到三維頭像上， 一個彩色三維模型就這樣做成
了。有兩個文件可能是由三維制作軟件制作生成的 一個包含三維數(shù)據(jù)的 三維幾何文件和一個包含色彩數(shù)據(jù)的色彩文件。三維幾何文件的數(shù)據(jù)通常 是有行業(yè)標準的，例如自動電腦輔助設(shè)計的DXF, GES， VRML或STL格式。 三維幾何文件可能是素色的(黑白或是灰色)，然而二維的色彩文件包含 色彩的信息。
在步驟103中，三維幾何文件和色彩文件由三維制作軟件輸出。 在步驟104中，三維打印機44打印出彩色的三維頭像46。這其中一些 過程可能被三維打印機的軟件程序或另一臺計算機代替，例如擴大三維物 體的尺寸，將OBJ/VRML/STL格式的三維幾何文件轉(zhuǎn)化成三維打印機可識別 的三維打印文件。
在步驟105中，三維打印機44完成的三維頭像46用彈簧或不用彈簧 與身體連接起來，這樣一個完整的三維雕像47就形成了，身體可能用與頭 一樣的步驟進行打印，也可能用與頭不一樣的材料事先估支好的。
在上述實施例中，通過數(shù)碼相機獲取三維彩色對象的正面和側(cè)面，也 可以通過數(shù)碼相機獲取三維彩色對象的一個正面二維彩色照片，并據(jù)此重 建成三維彩色^^莫型，由此可見，通過一張正面的二維彩色照片可以滿足重 建要求，但逼真的三維彩色模型優(yōu)選為二張以上不同視角的二維彩色照片。
需要說明的是，某些情況下，由三維制作軟件生成的三維幾何文件和色 彩文件通過特定的格式存在時，其本身能夠被某些三維打印機識別并打印， 此時本發(fā)明的步驟(將三維幾何文件和色彩文件轉(zhuǎn)換成三維打印機可識別 的三維打印文件)可以省去，但省去該步驟同樣是基于與本發(fā)明相同的發(fā) 明構(gòu)思，解決相同的技術(shù)問題，并且總體上表現(xiàn)為采用相似的技術(shù)方案， 因此，省略該步驟仍然應(yīng)屬函蓋在本發(fā)明的技術(shù)方案在內(nèi)。
幾個供選擇的方案已被發(fā)明者深思熟慮過了，比如把本發(fā)明的步驟1和步驟2通過三維數(shù)碼相機執(zhí)行，即用三維數(shù)碼相機獲取三維彩色對象的 三維彩色模型并存儲到計算機上，從而由三維數(shù)碼相機提供的數(shù)據(jù)重建一 個三維彩色模型并制作一個三維的面部或整個頭部最后做成整個三維彩色
雕像是可以實現(xiàn)的。來自三維數(shù)碼相機的細節(jié)可能決定了三維幾何文件的 細節(jié)，兩個文件可能都由三維數(shù)碼相機生成 一個包括三維數(shù)據(jù)的三維幾 何文件和包括顏色數(shù)據(jù)的二維色彩文件。三維幾何文件數(shù)據(jù)以一定的行業(yè) 標準格式顯示，例如自動計算機輔助設(shè)計的DXF、 IGES或STL格式。三維 幾何文件可能是素色的(黑白或是灰色)，然而二維的圖像文件包含色彩的 信息。例如由日本柯尼卡美能達VIVID 900提供的三維數(shù)碼相機。三維體 系的建立至少需要一張正面和一張側(cè)面的照片，更加精確的三維幾何文件 的建立需要一張以上不同角度拍攝的側(cè)面照片。 一個三維彩色雕像可能從 頭到腳的制作過程是一樣的，也可能身體是用樹脂或其他的材料事先做好 的，然后裝上彩色的三維頭像。把三維頭像安裝到身體上的方法是多種多 樣的，例如，在雕像的頭部的里面可以放一塊磁鐵，在身體脖子的頂部放 一塊金屬片，這樣頭就可以輕松的安裝到身體上去，同時頭也可以搭配各 種身體。
本發(fā)明是關(guān)于制作一個三維彩色物品的發(fā)明。上文說明的是一項在普 通圖片的處理技術(shù)在這項發(fā)明中的運用，以及該發(fā)明的特定應(yīng)用和操作要 求。經(jīng)過各種修改后圖片處理技術(shù)被運用于其中，同時也可運用于其他類 似的方面。因此，本發(fā)明不僅僅局限于特殊圖像的顯示和描述，還可以廣 泛地運用于與之原則相關(guān)和特點相同的方面。
權(quán)利要求
1、一種三維彩色物品制作方法，其特征在于包括如下步驟a)、用過數(shù)碼相機獲取三維彩色對象至少一個面的二維圖像并存儲到計算機上；b)、利用三維制作軟件把步驟a的二維圖像重建成三維彩色模型；c)、利用三維彩色模型生成包含三維元素的三維幾何文件和包含色彩元素的色彩文件；d)、將三維幾何文件和色彩文件轉(zhuǎn)換成三維打印機可識別的三維打印文件；e)、通過三維打印機把三維打印文件打印出三維彩色物品。
2、 一種三維彩色物品制作方法，其特征在于包括如下步驟a) 、用三維數(shù)碼相機獲取三維彩色對象的三維彩色模型并存儲到計算機上；b) 、利用三維彩色模型生成包含三維元素的三維幾何文件和包含色彩元 素的色彩文件；c) 、將三維幾何文件和色彩文件轉(zhuǎn)換成三維打印機可識別的三維打印文件；d) 、通過三維打印沖;U巴三維打印文件打印出三維彩色物品。
全文摘要
本發(fā)明提供一種三維彩色物品制作方法，其包括如下步驟用過數(shù)碼相機獲取三維彩色對象至少一個面的二維圖像并存儲到計算機上；利用三維制作軟件在把所獲取的二維圖像重建成三維彩色模型；利用三維彩色模型生成包含三維元素的三維幾何文件和包含色彩元素的色彩文件；將三維幾何文件和色彩文件轉(zhuǎn)換成三維打印機可識別的三維打印文件；通過三維打印機把三維打印文件打印出三維彩色物品。本發(fā)明用于快速地復(fù)制一個三維彩色物品，且耗時短，成本低，制品非常逼真。
文檔編號G06T19/00GK101430798SQ20081007209
公開日2009年5月13日 申請日期2008年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月4日
發(fā)明者曾文煌 申請人:曾文煌