一種三維建模設備及方法與流程

2023-11-04 02:30:47

本發明涉及一種三維建模設備及方法，屬於圖像建模領域。

背景技術：

隨著數字三維技術的發展，三維模型在動畫、遊戲、虛擬實境、3d列印等領域有著越來越多的應用，因此三維建模一直是研究的熱點。

三維模型的建立首先要獲取被拍攝體的圖像，當被拍攝體為具有表情的人體或動物時，由於面部表情豐富，圖像獲取比較困難。現有技術中主要通過雷射三維掃描儀或相機陣列獲取被拍攝體圖像,然後根據獲取的圖像進行三維建模。但是由於雷射掃描儀掃描時間長，獲取的被拍攝體表情呆板，不利於三維建模；相機陣列由於是瞬間同步拍攝，因此獲取的被拍攝體表情自然逼真，但是利用相機陣列獲取被拍攝體圖像時，需要採取環繞式的結構，即相對被拍攝體將相機圍成一圈，從各個角度同時拍攝，這樣必然造成圖像獲取設備佔地面積較大，移動不便，且由於相機數量多，成本較高。

技術實現要素：

本發明提出了一種三維建模設備及方法，可以方便的獲取表情豐富的被拍攝體圖像，使得三維建模方便、精準，而且移動方便、成本較低。

本申請提供了一種三維建模設備，包括攝像支架、至少三個拍攝單元、控制模塊和計算機；

所述攝像支架具有支撐柱；

至少三個拍攝單元均安裝於攝像支架上，其中一個拍攝單元安裝於攝像支架中心，用於拍攝被拍攝體正面圖像；其餘拍攝單元分別安裝於攝像支架中心的兩側，用於拍攝被拍攝體左右兩側圖像；

控制模塊，與拍攝單元電連接，用於根據計算機的指令控制拍攝單元對被拍攝體進行拍攝，並將拍攝單元拍攝的圖像發送給計算機；

計算機，用於向控制模塊發送拍攝指令，並根據控制模塊發送的圖像進行三維建模。

其中，所述攝像支架採用鋁合金結構且相對於支撐柱左右對稱。

設攝像支架兩側的端點與垂直正對攝像支架中心的被拍攝體中心之間的連線夾角為α，α≤180°。

設攝像支架中心兩側的拍攝單元分別與被拍攝體中心的連線夾角為φ，0°≤φ≤90°。

其中，所述每個拍攝單元由2臺主光軸平行或向內側相交的相機組成。

其中，所述拍攝單元為6個，攝像支架中心上下對稱的設置2個，攝像支架左右各設置2個。

進一步地，還包括至少一個閃光燈，設置於所述攝像支架上，用於在所述拍攝單元拍攝被拍攝體圖像時提供光照。

本申請還提供了一種三維建模方法，包括：

獲取被拍攝體正面圖像，所述被拍攝體兩側各有編碼靶標；兩側編碼靶標數量總共至少為3個；

獲取被拍攝體背面圖像，所述正面圖像和背面圖像均包括所有編碼靶標；

分別根據所述正面圖像和所述背面圖像計算被拍攝體的正面三維模型和背面三維模型；

根據所述正面三維模型和所述背面三維模型中坐標相同的編碼靶標，將正面三維模型和背面三維模型合成為被拍攝體三維模型。

其中，所述被拍攝體兩側各有2個編碼靶標。

其中，所述編碼靶標為同心環型或者點分布型。

本發明的有益效果是：

本申請通過攝像支架及其安裝於攝像支架上的至少三個拍攝單元，可以從不同角度獲取被拍攝體圖像，這種開放式結構相對於現有技術中的環繞式結構，不僅可以一次性獲取被拍攝體的圖像，避免了現有技術中因多次拍攝或長時間掃描帶來的圖像表情僵硬或失真，確保了被拍攝體面部表情生動，使得三維建模更加精確，而且相機數量大大減少，佔地面積小、安裝簡單、成本低；進一步地，還可以在攝像支架上的拍攝單元之間安裝多個閃光燈，從而提高拍攝圖像時的亮度，使得拍攝的圖像更加清晰，進一步提高三維建模的精度。

附圖說明

圖1是本發明提供的一種三維建模設備正視圖；

圖2是本發明提供的一種三維建模設備俯視圖；

圖3是本發明提供的一種三維建模方法流程圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案以及優點等更加清楚明確，在這裡舉出實際例子並參考附圖進行進一步的說明。

本發明實施例提供了一種三維建模設備，圖1為本發明實施例提供的三維建模設備正視圖，圖2為本發明實施例提供的三維建模設備俯視圖，如圖1和圖2所示,該設備包括攝像支架1、至少三個拍攝單元2、控制模塊3和計算機4；

本發明實施例中，攝像支架1具有支撐柱，支撐柱的上端可以呈弧形結構，也可以呈直線結構；攝像支架1還可以是由多個支撐柱形成環形圍繞的多邊形結構。本發明實施例對攝像支架的具體形式不作限定，只要能在攝像支架1上面安裝至少三個拍攝單元2，能實現被拍攝體正面圖像和左右兩側圖像的拍攝即可。

最優的，攝像支架1相對於支撐柱左右對稱，攝像支架1的中心與被拍攝體垂直正對且相距預設距離，設攝像支架1兩側的端點與被拍攝體中心之間的連線夾角為α，α≤180°。

具體地，攝像支架1採用鋁合金結構，為了適應被拍攝體的高度，使得攝像支架可以進行升降，可以在攝像支架的支撐柱上設置多個卡扣等方法來調節攝像支架1的高度，同時為了便於移動，可以在攝像支架上安裝輪子。

至少三個拍攝單元2均安裝於攝像支架1上，其中一個拍攝單元1安裝於攝像支架1中心，用於拍攝被拍攝體正面圖像；其餘拍攝單元2分別安裝於攝像支架中心的兩側，用於拍攝被拍攝體左右兩側圖像；設攝像支架1中心兩側的拍攝單元2分別與被拍攝體中心的連線夾角為φ，則0°≤φ≤90°。

每個拍攝單元2由2臺相機組成，兩臺相機的主光軸平行或向內側相交，使得拍攝的圖像能夠立體成像。根據實際經驗值，兩臺相機的主光軸夾角≤15度。

進一步地，為了使得每個拍攝單元2呈為一體化，可以在2臺相機的外側設置一個外殼，用於將2臺相機包住，需要注意的是在外殼表面對應相機鏡頭的位置開孔，以便不遮擋相機的視場。

本發明實施例中採用數位相機，型號為canon100d，有效像素為1800萬，最高解析度為5184*3456；鏡頭採用canonef40mm/2.8stm。

本發明實施例中拍攝單元2有6個，攝像支架1中心上下對稱的設置2個，攝像支架1左右各設置2個，最優的，將拍攝單元2對稱設置在攝像支架1的兩側。例如，靠近攝像支架1中心的拍攝單元2與攝像支架1的中心夾角為30度，遠離攝像支架1中心的拍攝單元2與攝像支架1的中心夾角為60度，具體度數可以根據實際需要來設置，本發明實施例對此不作具體限制。

控制模塊3，與拍攝單元2電連接，用於根據計算機4的指令控制拍攝單元2對被拍攝體進行拍攝，並將拍攝單元2拍攝的圖像發送給計算機4。

計算機4，用於向控制模塊3發送拍攝指令，並根據控制模塊3發送的圖像進行三維建模。

進一步地，為了保證拍攝單元拍攝的圖像清晰，本發明實施例還包括設置於攝像支架上的閃光燈，用於在拍攝單元對被拍攝體進行拍攝時提供光照。具體的，可以包括多個閃光燈，分別設置於拍攝單元之間。

實際應用中被拍攝體可以是人體，也可以是動物體，本發明實施例中被拍攝體為人體，重點拍攝人體頭部。

本發明實施例通過攝像支架及其安裝於攝像支架上的至少三個拍攝單元，可以從不同角度獲取被拍攝體圖像，這種開放式結構相對於現有技術中的環繞式結構，不僅可以一次性獲取被拍攝體的圖像，避免了現有技術中因多次拍攝或長時間掃描帶來的圖像表情僵硬或失真，確保了被拍攝體面部表情生動，使得三維建模更加精確，而且相機數量大大減少，佔地面積小、安裝簡單、成本低；進一步地，可以在攝像支架的支撐柱上設置多個卡扣來調節攝像支架的高度，使得攝像支架可以進行升降，從而可以適應不同高度的被拍攝體；進一步地，可以在攝像支架上安裝輪子，使得三維建模設備可以方便的移動，應用靈活；進一步地，還可以在攝像支架上的拍攝單元之間安裝多個閃光燈，從而提高拍攝圖像時的亮度，使得拍攝的圖像更加清晰，進一步提高三維建模的精度。

基於上述三維建模設備，本發明還提供了一種三維建模方法，如圖3所示，該方法包括以下步驟：

步驟101、獲取被拍攝體正面圖像，該被拍攝體兩側各有編碼靶標；兩側編碼靶標數量總共至少為3個；

其中，編碼靶標可以為同心環型或者點分布型，本發明實施例中編碼靶標採用12比特同心環型,其外徑可製成2cm，在被拍攝體兩側肩部各設置2個，當然，也可以根據實際需要設置編碼靶標的具體尺寸和數量，本發明實施例對此不作具體限制。

步驟102、獲取被拍攝體背面圖像，該正面圖像的拍攝角度與背部圖像的拍攝角度相差180度；該正面圖像和背面圖像均包括所有編碼靶標；

實際應用中，通過上述三維建模設備來獲取被拍攝體正面圖像和背面圖像，獲取背面圖像時，保持三維建模設備不動，將被拍攝體旋轉180度來獲取。

步驟103、分別根據正面圖像和背面圖像計算被拍攝體的正面三維模型和背面三維模型；

根據正面圖像和背面圖像計算被拍攝體的正面三維模型和背面三維模型，屬於本領域技術人員的公知常識，本發明實施例在此不再贅述。

步驟104、根據正面三維模型和背面三維模型中坐標相同的編碼靶標，將正面三維模型和背面三維模型合成為被拍攝體三維模型。

實際應用中被拍攝體可以是人體，也可以是動物體，本發明實施例中被拍攝體為人體，重點拍攝人體頭部，因此獲取的被拍攝體正面圖像和背面圖像分別為人體頭部正面圖像和人體頭部背面圖像。

本發明實施例通過獲取包含被拍攝體兩側編碼靶標的正面圖像和背面圖像，然後分別根據正面圖像和背面圖像計算被拍攝體的正面三維模型和背面三維模型，最後根據正面三維模型和背面三維模型中坐標相同的編碼靶標，將正面三維模型和背面三維模型合成為被拍攝體三維模型，不僅建模精確，而且建模方法簡單高效。

以上所述，僅是本申請的幾個實施例，並非對本申請做任何形式的限制，雖然本申請以較佳實施例揭示如上，然而並非用以限制本申請，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本申請技術方案的範圍內，利用上述揭示的技術內容做出些許的變動或修飾均等同於等效實施案例，均屬於技術方案範圍內。