花朵建模裝置以及花朵建模方法
【專利摘要】一種花朵建模裝置，包括：接收模塊、分析模塊以及建模模塊。其中，接收模塊，用于接收花朵圖片；分析模塊，用于對所述花朵圖片進行語義分析以獲取分析數(shù)據(jù)；以及建模模塊，用于根據(jù)分析數(shù)據(jù)以及花瓣模板建立初始模型，并對所述初始模型進行校正以獲取校正模型，對所述校正模型進行調(diào)整以獲取完善模型，根據(jù)分析數(shù)據(jù)建立紋理模型，并根據(jù)紋理模型對所述完善模型進行紋理映射，輸出花朵模型。
【專利說明】花朵建模裝置以及花朵建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計算機圖形學(xué)，尤其涉及一種花朵建模裝置及花朵建模方法【背景技術(shù)】
[0002]植物三維建模因其廣泛的應(yīng)用，幾十年來一直是計算機圖形學(xué)研究的重點。然而以往的大量工作都集中在結(jié)構(gòu)性模型如樹木的研究上，而對于花朵建模的工作相對很少。其中很重要的原因是花朵的核心器官花朵的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和多樣性使得無法得到一個統(tǒng)一的自動建模技術(shù)以滿足不同的要求。
[0003]已有的方法都是基于用戶手動交互的方式進行花朵建模。用戶可以通過手繪的方式粗略地控制部件如花瓣，花蕊的模型制作，生成的部件模型都是規(guī)則的參數(shù)化曲面。然后將這些部件模型通過一定的規(guī)則或者手動擺放的一起，形成一朵花的模型。比較著名的是日本學(xué)者隆井尻等人開發(fā)的基于花序和花程式的交互式建模系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括花部件的建模系統(tǒng)，花程式編輯系統(tǒng)以及花序選擇界面。用戶可以在花部件建模界面中制作花的部件，如花瓣，葉子，花蕊等，通過勾畫輪廓或者調(diào)整參數(shù)可以制作出不同的部件模型，然而這些模型都是規(guī)則的參數(shù)化曲面?；ǔ淌绞腔ǖ囊环N表示形式。通過調(diào)整花程式編輯系統(tǒng)中的代表各個部件的二維圖形的位置，用戶可以調(diào)整整朵花的結(jié)構(gòu)。這樣一朵花就生成了。花序是花朵在整個植物上的空間排列，到目前為止，由植物學(xué)家統(tǒng)計出來的花序有22種。用戶可以選擇花序來生成由多個花朵組成的花簇模型。
[0004]由于花朵模型復(fù)雜，特別是多層花朵，所以用戶在建模過程中通常需要一個花朵的參照，例如花朵實物，更常見的是花朵的照片。已有的系統(tǒng)沒有提供給用戶直接利用參照物的途徑，用戶只能通過邊觀察邊建模的間接方式進行建模。這種建模方式效率十分低下，對于沒有建?；A(chǔ)或者初學(xué)者而言，要制作理想的花朵模型幾乎無法實現(xiàn)。
[0005]另外，利用二維的界面交互式制作三維的物體，用戶無法很好的控制建模過程，需要不斷的多視角調(diào)整，才能得到稍微滿意的結(jié)果，但是無法達到與參照相同或相似的效果。
[0006]由于已有的技術(shù)制作出的部件模型都是由規(guī)則曲面表示，所以視覺效果不逼真，無法達到用戶想要的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，有必要提供一種花朵建模裝置及花朵建模的方法，提高建模的效率以及模型精度。
[0008]本發(fā)明提供的花朵建模裝置，包括:接收模塊、分析模塊以及建模模塊。其中，接收模塊，用于接收花朵圖片；分析模塊，用于對所述花朵圖片進行語義分析以獲取分析數(shù)據(jù)；以及建模模塊，用于根據(jù)分析數(shù)據(jù)以及花瓣模板建立初始模型，并對所述初始模型進行校正以獲取校正模型，對所述校正模型進行調(diào)整以獲取完善模型，根據(jù)分析數(shù)據(jù)建立紋理模型，并根據(jù)所述紋理模型對所述完善模型進行紋理映射，輸出花朵模型。
[0009]本發(fā)明提供的花朵建模的方法，包括:接收花朵圖片；對所述花朵圖片進行語義分析以獲取分析數(shù)據(jù)；根據(jù)所述分析數(shù)據(jù)以及花瓣模板建立初始模型；對所述初始模型進行校正以得到校正模型；對所述校正模型進行調(diào)整以獲取完善模型；以及建立紋理模型，并根據(jù)所述紋理模型對所述完善模型進行紋理映射，輸出花朵模型。
[0010]本發(fā)明所提供的花朵建模裝置及花朵建模的方法，提高花朵建模的效率以及花朵模型精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明一實施方式中花朵建模裝置的模塊圖；
[0012]圖2為本發(fā)明一實施方式中花朵建模的方法的流程圖；
[0013]圖3為圖2中步驟S210的具體步驟圖。
【具體實施方式】
[0014]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0015]在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“內(nèi)”、“外”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0016]請參閱圖1，圖1所示為本發(fā)明一實施方式中花朵建模裝置10的模塊圖。
[0017]在本實施方式中，花朵建模裝置10包括:接收模塊110、分析模塊120、建模模塊130以及存儲模塊140。
[0018]在本實施方式中，接收模塊110用于接收花朵圖片；
[0019]分析模塊120用于對所述花朵圖片進行語義分析以獲取分析數(shù)據(jù)。
[0020]在本實施方式中，所述分析模塊120獲取的所述分析數(shù)據(jù)包括:所述花朵圖片中的花朵區(qū)域與花朵相關(guān)區(qū)域、花瓣區(qū)域與輪廓、花瓣中心線以及花瓣紋理。
[0021]在本實施方式中，所述分析模塊120獲取的所述分析數(shù)據(jù)還包括:花瓣相互之間的遮擋與空間次序。
[0022]在本實施方式中，存儲模塊140用于存儲花瓣信息，包括花瓣模板、花蕊模板等。
[0023]建模模塊130用于根據(jù)分析數(shù)據(jù)以及花瓣模板建立初始模型，并對所述初始模型進行校正以獲取校正模型，對所述校正模型進行調(diào)整以獲取完善模型，根據(jù)分析數(shù)據(jù)建立紋理模型，并根據(jù)所述紋理模型對所述完善模型進行紋理映射，輸出花朵模型。
[0024]在本實施方式中，所述建模模塊130根據(jù)所述花瓣區(qū)域與輪廓、所述花瓣相互之間的遮擋與空間次序建立花瓣模型。在本實施方式中，
[0025]在本實施方式中，建模模塊130估算花瓣位置與朝向，并根據(jù)所述花瓣模板以及所述花瓣位置與朝向建立初始模型。
[0026]在本實施方式中，建模模塊130分析所有花瓣與某一平面呈相同或是相似的角度，并且花瓣的中心線也具有相似的長度，且建模模塊130對花瓣的曲線近似估計，得到花瓣深度變化的大概比例。建模模塊130根據(jù)花瓣中心線以及花瓣深度變化的大概比例估算三維平面的法向以及花瓣與該法向的角度，確保所有花瓣的三維中心線均處于由所述法向和所述角度所確定的一個錐面上，以便得到花朵初始三維結(jié)構(gòu)框架，根據(jù)圖片中花瓣的朝向、所估算出的花瓣三維中心線以及所述三維平面法向估算待建花瓣模型的三個主方向。通過將從存儲模塊140中選中的花瓣模板的三個主方向與所估算出的所有的待建花瓣模型的三個主方向相匹配，得到花朵模型。初始模型由若干花瓣模板組成?；ò昴Ｐ陀啥鄠€待建花瓣模型組成。
[0027]在本實施方式中，所述待建花瓣的三個主方向與花瓣模板的三個主方向 對應(yīng)。
[0028]所述建模模塊130對所述花瓣模型與所述花瓣輪廓進行匹配，并結(jié)合由分析模塊120得到的花瓣之間的遮擋和層次關(guān)系對所述花瓣模型進行三維曲面變形以校正所述初始模型得到校正的與圖片中花瓣視覺上接近的模型。
[0029]在本實施方式中，建模模塊130對用戶指定需要建模的花瓣外的其他區(qū)域進行建模并自動調(diào)整獲取完善模型。例如，用戶需要對花蕊區(qū)域進行建模時，通過將從存儲模塊140中選中的花蕊模板以及所述分析數(shù)據(jù)中的花蕊數(shù)據(jù)進行匹配并建模，以得到完善模型。
[0030]在本實施方式中，匹配與三維曲面變形與花瓣模型的建立過程相同，在此不做贅述。
[0031]在本實施方式中，建模模塊130對花朵的各個組件建立紋理模型，其中紋理模型對花瓣、花蕊進行著色。其中，建模模塊130將所有花瓣對應(yīng)于一個標準花瓣，所有花瓣的顏色對應(yīng)于標準花瓣的相應(yīng)位置，標準花瓣具有正反兩面，如果標準花瓣上的每個位置均有顏色值，建模模塊130將對其進行估計得到一個平滑的顏色模型和一個噪聲模型，利用該平滑的顏色模型和噪聲模型我們對花瓣進行著色。如果標準花瓣上的模型位置沒有顏色，則建模模塊130根據(jù)對稱性和相鄰連續(xù)性對這些位置估計顏色，輸出花朵模型。
[0032]請參閱圖2，圖2所示為本發(fā)明一實施方式中花朵建模的方法的流程圖。
[0033]在本實施方式中，花朵建模的方法包括以下步驟:
[0034]在步驟S200，接收模塊110接收花朵圖片。
[0035]在步驟S210，分析模塊120對所述花朵圖片進行語義分析以獲取分析數(shù)據(jù)。在本實施方式中，所述分析數(shù)據(jù)包括:所述花朵圖片中的花朵區(qū)域與花朵相關(guān)區(qū)域、花瓣區(qū)域與輪廓、花瓣中心線、花瓣紋理以及花瓣相互之間的遮擋與空間次序。
[0036]在步驟S220，建模模塊130根據(jù)所述分析數(shù)據(jù)以及花瓣模板建立初始模型。
[0037]在本實施方式中，建模模塊130根據(jù)所述花瓣區(qū)域與輪廓、所述花瓣相互之間的遮擋與空間次序建立花瓣模型，建模模塊130估算花瓣位置與朝向，建模模塊130根據(jù)花瓣模板以及所述花瓣位置與朝向建立初始模型。
[0038]在本實施方式中，存儲模塊140用于存儲花瓣信息，包括花瓣模板、花蕊模板等。
[0039]在本實施方式中，建模模塊130分析所有花瓣與某一三維平面呈相同或是相似的角度，并且花瓣的中心線也具有相似的長度，且建模模塊130對花瓣的曲線近似估計，得到花瓣深度變化的大概比例。建模模塊130根據(jù)花瓣中心線以及花瓣深度變化的大概比例估算三維平面的法向以及花瓣與該法向的角度，確保所有花瓣的三維中心線均處于由所述法向和所述角度所確定的一個錐面上，以便得到花朵初始三維結(jié)構(gòu)框架，根據(jù)圖片中花瓣的朝向、所估算出的花瓣三維中心線以及所述三維平面法向估算待建花瓣模型的三個主方向。通過將從存儲模塊140中選中的花瓣模板的三個主方向與所估算出的所有的待建的花瓣模型的三個主方向相匹配，得到初始模型。初始模型由若干花瓣模板組成?；ò昴Ｐ陀啥鄠€待建花瓣模型組成
[0040]在本實施方式中，所述的待建花瓣的三個主方向與花瓣模板的三個主方向一一對應(yīng)。
[0041]在步驟S230，建模模塊130對所述初始模型進行校正以得到校正模型。
[0042]在本實施方式中，建模模塊130對所述花瓣模型與所述花瓣輪廓進行匹配，并結(jié)合由分析模塊得到的花瓣之間的遮擋和層次關(guān)系對匹配后的所述花瓣進行三維曲面變形以獲取所述校正模型。
[0043]在步驟S240，建模模塊130對所述校正模型進行調(diào)整以獲取完善模型。
[0044]在本實施方式中，建模模塊130對用戶指定除花瓣外的其他需要建模的區(qū)域進行建模并自動調(diào)整獲取完善模型。例如，用戶需要對花蕊區(qū)域進行建模時，通過將從存儲模塊140中選中的花蕊模板以及所述分析數(shù)據(jù)中的花蕊數(shù)據(jù)進行匹配并建模，以得到完善模型。
[0045]在步驟S250，建模模塊130建立紋理模型，并對所述完善模型進行紋理映射，輸出花朵模型。
[0046]在本實施方式中，建模模塊130對花朵的各個組件建立紋理模型，其中紋理模型對花瓣、花蕊進行著色。其中建模模塊130將所有花瓣對應(yīng)于一個標準花瓣，所有花瓣的顏色對應(yīng)于標準花瓣的相應(yīng)位置，標準花瓣具有正反兩面，如果標準花瓣上的每個位置均有顏色值，建模模塊130將對其進行估計得到一個平滑的顏色模型和一個噪聲模型，利用該平滑的顏色模型和噪聲模型我們對花瓣進行著色。如果標準花瓣上的模型位置沒有顏色，則建模模塊130根據(jù)對稱性和相鄰連續(xù)性對這些位置估計顏色，輸出花朵模型。
[0047]請參閱圖3，圖3所示為圖2中步驟S210的具體步驟圖
[0048]在步驟S212，分析模塊120提取花朵的整體輪廓以及花瓣區(qū)域；
[0049]在步驟S214，分析模塊120根據(jù)花瓣區(qū)域提取花瓣中心線，并估計花心的位置；
[0050]在步驟S216，分析模塊120根據(jù)花朵的整體輪廓對花瓣區(qū)域進行遮擋分析以及空間次序估計；以及
[0051]在步驟S218，分析模塊120提取花瓣的紋理以及花朵相關(guān)區(qū)域。
[0052]本發(fā)明實施方式中的花朵建模裝置10及花朵建模方法通過分析模塊120對花朵圖片進行語義分析以獲取分析數(shù)據(jù)，建模模塊130根據(jù)分析數(shù)據(jù)建立花朵模型，減少了用戶的交互操作，提高了花朵建模的效率與以花朵模型精度。
[0053]雖然本發(fā)明參照當(dāng)前的較佳實施方式進行了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解，上述較佳實施方式僅用來說明本發(fā)明，并非用來限定本發(fā)明的保護范圍，任何在本發(fā)明的精神和原則范圍之內(nèi)，所做的任何修飾、等效替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種花朵建模裝置，包括: 接收模塊，用于接收花朵圖片； 分析模塊，用于對所述花朵圖片進行語義分析以獲取分析數(shù)據(jù)；以及建模模塊，用于根據(jù)分析數(shù)據(jù)以及花瓣模板建立初始模型，并對所述初始模型進行校正以獲取校正模型，對所述校正模型進行調(diào)整以獲取完善模型，根據(jù)分析數(shù)據(jù)建立紋理模型，并根據(jù)所述紋理模型對所述完善模型進行紋理映射，輸出花朵模型。
2.如權(quán)利要求1所述的花朵建模裝置，其特征在于，所述分析模塊獲取的所述分析數(shù)據(jù)包括:所述花朵圖片中的花朵區(qū)域與花朵相關(guān)區(qū)域、花瓣區(qū)域與輪廓、花瓣中心線以及花瓣紋理。
3.如權(quán)利要求2所述的花朵建模裝置，其特征在于，所述分析模塊獲取的所述分析數(shù)據(jù)還包括:花瓣相互之間的遮擋與空間次序。
4.如權(quán)利要求3所述的花朵建模裝置，其特征在于，所述建模模塊根據(jù)所述花瓣區(qū)域與輪廓、所述花瓣相互之間的遮擋與空間次序建立花瓣模型。
5.如權(quán)利要求4所述的花朵建模裝置，其特征在于，所述建模模塊根據(jù)所述花瓣區(qū)域與輪廓以及花瓣中心線建立所述初始模型。
6.如權(quán)利要求5所述的花朵建模裝置，其特征在于，所述建模模塊對所述花瓣模型與所述花瓣輪廓進行匹配以及對花瓣模板進行三維曲面變形以校正所述初始模型得到校正模型。
7.如權(quán)利要求6所述的花朵建模裝置，其特征在于，所述建模模塊在所述校正模型上對用戶指定需要建模的區(qū)域進行建模并自動調(diào)整獲取完善模型。
8.一種花朵建模的方法，包括: 接收花朵圖片； 對所述花朵圖片進行語義分析以獲取分析數(shù)據(jù)； 根據(jù)所述分析數(shù)據(jù)以及花瓣模板建立初始模型； 對所述初始模型進行校正以得到校正模型； 對所述校正模型進行調(diào)整以獲取完善模型；以及 建立紋理模型，并根據(jù)所述紋理模型對所述完善模型進行紋理映射，輸出花朵模型。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，“對所述花朵圖片進行語義分析以獲取分析數(shù)據(jù)”的步驟包括: 提取花朵的整體輪廓以及花瓣區(qū)域； 根據(jù)花瓣區(qū)域提取花瓣中心線，并估計花心的位置； 根據(jù)花朵的整體輪廓對花瓣區(qū)域進行遮擋分析以及空間次序估計；以及 提取花瓣的紋理以及花朵相關(guān)區(qū)域。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，“根據(jù)所述分析數(shù)據(jù)建立初始模型”的步驟包括: 根據(jù)所述花瓣區(qū)域與輪廓、所述花瓣相互之間的遮擋與空間次序建立花瓣模型； 估算花瓣位置與朝向； 根據(jù)所述花瓣模板以及所述花瓣位置與朝向建立初始模型。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，“對所述初始模型進行校正以得到校正模型”的步驟包括: 對所述花瓣模型與所述花瓣輪廓進行匹配； 結(jié)合由分析模塊得到的花瓣之間的遮擋和層次關(guān)系，對匹配后的所述花瓣進行三維曲面變形以獲取所述校正模型。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，“對所述校正模型進行調(diào)整以獲取完善模型”的步驟為:對用戶指定需 要建模的區(qū)域進行建模并自動調(diào)整獲取完善模型。
【文檔編號】G06T17/00GK103729874SQ201210392909
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月16日
【發(fā)明者】燕飛龍, 陳寶權(quán) 申請人:中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院