真人工藝品的手工製作與數控雕刻一體化製作方法

2023-05-31 01:14:36 1

專利名稱：：真人工藝品的手工製作與數控雕刻一體化製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種真人工藝品的全身製作方法，特別是利用傳統手工製作和數控雕刻加工的真人照片級人像工藝品全身製作方法。
背景技術：
：隨著當今人們生活水平的提高，很多人希望長久留住青春或者為了紀念某些特殊意義的日子而定做他人或者自己的三維藝術品，比如舞蹈家想留下年輕時跳舞的某些優美動作、武術師想留下練武的某個動作、情侶留下彼此相愛的某個時刻等。因此，三維真人藝術品定做不僅是結婚、生日、壽誕、情人節、聖誕等喜慶節日的饋贈、紀念佳品，而且還可做室內擺設或裝飾。常規的照相、攝影均只能產生平面效果，不夠生動、真實，個性化定做真人雕像可以彌補這些缺點。然而，目前製作真人雕像有以下幾個難點一，人物雕像與照片的相似度決定於製作者的手工技藝，差異較大；二，完全的三維建模和數控雕刻中建模困難、加工工作量大和成本高。基於計算機視覺原理獲取物體表面三維信息是當今三維掃描儀的主流技術，美國Cyberware公司在這方面可稱為先驅，它生產的3030系列(除了30308)掃描儀，不但可以獲取人體三維輪廓數據，還能獲取好的表面紋理。中國專利CN94103620.0號公開了一種"三維人像速成製作方法"，由環體人像攝製取得人體各側面的特定曲線後，再由計算機中"電子立體成像軟體"的控制下，取得數控信息，驅動數控工具機，加工出精鑄磨料坯，最後通過溶模精鑄、鑄件精修及表面處理等工藝獲得與顧客體貌特徵完全相仿的三維立體肖像。但是，這類掃描儀和該專利的缺點就是當事人必須親自到場，這種方法勢必給客戶帶來時間和費用上的浪費，從而難以推廣。中國專利CN200410086350號提出用三維攝像機定製三維雕像的方法，三維對象的三維複製本由己打磨的三維定製外形和二維圖像複合而成。三維相機輸出幾何文本到計算機數控打磨機，打磨機切削打磨塊形成定製的己打磨的三維外形，三維相機也輸出二維文本到微機中。雕刻家在定製的已打磨的三維外形和二維圖像完成完整的三維頭像，完成的粘性頭像經硬化後根據二維圖像進行噴打著色，完整著色的頭像安裝到預置的身體塑像上。這種方法的逼真程度在一定程度上取決於雕刻師的手藝。中國專利CN200520081054號提出了一種"具有組合結構的三維人像"，三維人像包括3一人像模型和一由快速成型機RP成型獲得的臉部翻模，該人像模型的頭部前面形成一被結合面，再與臉部翻模的背面結合，形成一完整的三維人像。這種製造方法，把人頭劈成兩部分做，在風俗上不合情理，很多顧客非常忌諱這種做法，從而也難以推廣。中國專利CN200610083493號公開了"一種三維人像系統及其實現方法"，利用顧客正面、側面照片獲得三維幾何模型，再使用空間半色調方法將連續色調的紋理貼圖灰度圖像進行空間調製，通過雷射雕刻機在人造水晶內部"列印"出一個在視覺觀察效果上近似於原三維圖像的二值圖像，形成具有真實感的三維實體頭像。該方法最後製作出的僅是"視覺"觀察效果上近似於原三維圖像的二值圖像，對最終真實的三維模型的製作沒有介紹，並且做出的效果僅是頭像部分，沒有對人體整體做考慮。中國專利CN200720011658號公開了一種"由本人面部照片組合而成的娃娃"，該娃娃包括臉部是立體的臉盤和模型娃娃，臉盤上貼敷有柔性可伸縮的用電腦編輯好的人物面部的照片，模型娃娃的面孔部分設有用於安放臉盤的凹槽。此方法的最終效果很多程度上取決於照片的貼敷程度，娃娃面孔部分凹槽與真人的貼合程度，另外，身體是模型娃娃，沒有根據客戶照片製作，其整體逼真效果欠佳。
發明內容針對現有技術中製作真人工藝品逼真程度低、製作效率低的現狀，本發明的目的是在傳統手工製作的基礎上，利用目前先進的數控加工技術，提出一種能在比較短的時間內，根據顧客照片的形態特徵快速逼真的製作出其三維真人工藝品的加工方法，該方法能提高加工全身真人工藝品的效率，大大降低加工成本。實現以上發明目的的技術解決方案為一種具有照片級的真人工藝品的手工製作與數控雕刻的一體化製作方法，其特徵在於，集傳統手工製作與數控雕刻加工於一體，三維真人工藝品的身體和服飾的最終模型由傳統手工製作，頭部最終模型由數控雕刻機或者雕銑機雕刻加工。其中主要包括以下工藝過程1.客戶提供普通數位照相機拍攝的正面、側面照片；2.根據客戶提供的照片，採用常用的DIY製作材料(如軟陶材料)，手工製作出真人工藝品的身體的最終模型；3.採用計算機視覺算法和專業人像處理系統，根據客戶提供的正面、側面照片生成頭部三維幾何模型；4.利用專業編程軟體(如MasterCAM軟體)生成頭部仿真加工文件；5.採用數控雕刻機或者雕銑機雕刻出頭部幾何模型，材料可以是DIY材料、樹脂、有機玻璃等材料；6.根據客戶照片手工製作髮型，並給工藝品面部補妝。7.組合身體和頭部模型，把整個模型拍照反饋給客戶，待客戶滿意後，用烤箱烘烤整個工藝品模型，烘烤溫度10015(TC，烘烤時間510分鐘，使模型定型。中國是有著深厚文化底蘊的文明古國，有很多優秀的傳統文化藝術，應更好的繼承和發揚。在本發明提出的真人工藝品製作與數控雕刻的一體化製作方法中，三維真人工藝品的身體和頭髮均利用傳統手工製作的優勢，可以根據客戶照片或者客戶需求快速製作出工藝品的體型(如胖瘦、高矮)、服裝的不同款式、各種時髦髮型。之所以要採用傳統手工方法製作身體和頭髮模型，是因為一方面，真人工藝品對體型、服飾和髮型的加工有很大的個性化需求特徵，而這些部位的加工要求可以稍微放寬，只要達到"形似"便可；另一方面，傳統手工製作方法的優勢就是其高效性，在加工要求相對較低的情況下，手工製作可以快速的製作和修改這些部位的模型，若整個模型用數控雕刻或者雕銑加工則工藝品整體加工效率反而降低，要創建或者修改服飾和髮型三維數據文件也相當困難。因此，本工藝品身體和髮型的製作完全可以充分利用傳統手工製作方法的優勢。同時，要提高工藝品的相似度，主要在於面部特徵的加工。本發明提出的真人工藝品製作方法，其面部數據是根據客戶提供的正面、側面照片，採用計算機視覺算法、專業的人像處理軟體以及利用先進的數控加工技術，面部的最終模型相似度能達到90%95%。圖1為面部三維數據。圖2為面部刀具路徑仿真結果。圖3為真人工藝品最終模型和照片的對比效果圖(a)是客戶提供的原始照片，(b)是利用該專利提供的方法製作的最終模型，(c)是全部用手工製作的模型。具體實施例方式下面結合一具體實例對本發明進行進一步說明。某客戶提供用普通數位相機照的一張正面照片和側面照片，要求製作出照片上的真人工藝品三維模型。1.具體製作步驟該客戶的真人工藝品製作步驟如下所述①生成客戶身體的最終模型根據客戶提供的正面照片，利用DIY材料，按照照片的身體比例和顏色手工製作出客戶身體的最終模型。②生成頭部三維數據根據客戶提供的正面和側面照片，利用計算機視覺算法和專業人像處理系統生成客戶的頭部三維幾何數據，再利用GeomagicStudio軟體生成頭部的三維曲面模型，圖1為生成的客戶頭部最終三維數據模型。③仿真頭部加工刀具路徑並數控雕銑加工本案例用的是三軸精雕機，分面部和頭後部兩次加工，每次加工分粗加工和精加工。利用MasterCAM軟體生成客戶面部數據的刀具路徑，部分G代碼如下%OOOOO(FACE)(DATE=DD-MM-YY-07-04-09TIME=HH:MM-10:25)(MCXFILE-C:\DOCUMENTSANDSETTINGSV^DMINISTRATOR、桌面WACE.MCX)(NCFILE-D:\MASTERCAM\MIIX\NC\FACE.NC)(MATERIAL-ALUMINUMMM-2024)(Tl11HOIXYSTOCKTOLEAVE-.5|ZSTOCKTOLEAVE-0.)(T311HO)N100G21N102GOG17G40G49G80G90廳4T1M6N106GOG90G54X-27.511Y-18.267S6000M3N108G43H0Z123.5M8N110Z44.5N112G1Z23.5F300.N114G3X-32.489Y-21.617Z23.0061-2.489J-1.675N116X-27.511Y-18.267Z22.51212.489J1.675Nil8X-32.489Y-21.617Z22.0181-2.489J-1.675N120X-27.511Y-18.267Z21.52412.489J1.675N122X-32.489Y-21.617Z21.031-2.489J-1.675N124X-32.121Y-22.064Z21.12.489J1.675N126GlX-35.Y-24.942F10000.N186X-22.145Y13.492固8G0Z21.磨OZIOO.麗2M5N194G91G28Z0.N196G28X0.Y0.N198M30%頭部仿真過程圖如圖2所示。製作客戶頭髮，並上妝在步驟③製作的三維頭部模型基礎上，根據客戶提供的照片製作客戶的頭髮模型，然後給面部上妝，主要是加強眉毛、眼睛和嘴唇的顏色。烘烤整個模型把步驟①製作的身體模型和步驟④製作的帶有頭髮的三維模型組合好後，用普通數位相機拍攝後發給客戶確認，若客戶有異議，可做修改，待客戶滿意後，用普通烤箱烘烤5IO分鐘，溫度10015(TC，模型定型。2.與傳統手工製作方法的對比主要參數說明T:加工一件工藝品總共所用時間；C:加工工藝品的成本；S:工藝品最終加工模型與照片的相似度；Tb。dy:加工工藝品身體和服飾所用時間；Thead:加工工藝品頭部所用時間；Thair:加工工藝品頭髮所用時間；Tc。mputer:根據照片用專業人像處理軟體生成頭部三維數據的計算時間；Tm。del:用GeomagicStudio等軟體生成三維曲面模型的時間；Tsimulate:用MasterCAM等軟體生產仿真加工文件的時間；Tmaufaeturing:用雕刻機數控雕刻成模型的加工時間；工藝品全身利用傳統手工製作方法(下文簡稱為方法l)的時間T屍Tb。dyi+Theadl十丁hairl利用專利提出的手工製作與數控雕刻的一體化製作方法(下文簡稱為方法2)的時間丁2=Tb。dy2+Thead2+Thair2，其中，Tb。dy產Tb。dy2，Thair2=Thairi，Thea(Jl在4艮大禾呈度上取決於雕刻師的水平，比較精煉的雕刻師(相似度能達到50%)至少也要4h，而一般的雕刻師所用時間遠不只4h，而Thead2=TcompUter+Tmodei+TSimuiate+TmanUfacturing=10min+10min+15min+70min=1.75h，顯然，T2<T1Si。表1總結了本案例用傳統手工製作和用該專利提供的製作方法製作頭部的三個主要參數的對比情況。表1兩種方法製作的工藝品頭部主要參數對比tableseeoriginaldocumentpage8據表l的數據對比可見，本發明所提出的真人工藝品手工製作與數控雕刻的一體化製作方法，一方面其繼承了傳統手工製作方法的優勢，另一方面集成了計算機數據算法、專業人像處理技術和先進位造各方面的技術，在工藝品的全身製作的周期、成本和相似度方面有了大大改善，從而解決了傳統手工製作方法中面部製作耗時並且相似度難於控制的難題；也解決了完全的三維建模和數控雕刻中建模困難、加工工作量大和成本高等問題，為真人工藝品的全身製作提出了一種新方法。權利要求1.真人工藝品的手工製作與數控雕刻一體化製作方法，其特徵在於，採用傳統手工製作真人工藝品的身體和頭髮的最終模型；然後根據客戶照片建立頭部的三維模型後，對頭部進行數控雕刻精加工。2.根據權利要求1所述的真人工藝品的手工製作與數控雕刻一體化製作方法，其特徵在於，包括如下步驟(1)客戶提供普通數位照相機拍攝的正面、側面照片或者只要正面照片；(2)採用DIY材料用傳統手工製作方法製作客戶身體的最終模型；(3)採用計算機視覺算法和專業人像處理系統生成頭部三維幾何模型；(4)利用專業編程軟體生成頭部仿真加工文件；(5)採用三軸或者三軸以上的數控雕銑機或者雕刻機進行頭部雕刻精加工；(6)根據客戶照片或客戶要求手工製作頭髮，並給工藝品面部補妝；(7)組合身體和頭部模型，並用烤箱硬化整個模型。全文摘要本發明提供一種真人工藝品手工製作與數控雕刻相結合的製作方法，即採用傳統手工製作真人工藝品的身體和頭髮的最終模型；然後根據客戶照片建立頭部的三維模型後，對頭部進行數控雕刻精加工；從而解決了傳統手工製作方法中面部製作耗時並且相似度難於控制的難題；也解決了完全的三維建模和數控雕刻中建模困難、加工工作量大和成本高等問題。文檔編號B44C3/00GK101544154SQ20091010368公開日2009年9月30日申請日期2009年4月24日優先權日2009年4月24日發明者飛劉,尹震飈,麗李,王舟洲,陳國安申請人:重慶大學;內江百科科技有限公司