使用可移动扫描仪生成纹理模型制造技术

在具有一个或多个光学传感器的可移动扫描仪上执行一种方法。所述方法包括使用所述可移动扫描仪扫描具有表面的对象。所述扫描从可移动扫描仪相对于所述对象的多个取向生成颜色数据。所述方法还包括使用至少所述颜色数据生成所述对象的所述表面的像素图，对于多个像素中的每个相应像素，所述像素图包括：所述对象的所述表面上对应点的颜色值；和所述对象的所述表面上所述对应点的非颜色性质的值。所述表面上所述对应点的非颜色性质的值。所述表面上所述对应点的非颜色性质的值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用可移动扫描仪生成纹理模型


[0001]本专利技术总体上涉及生成纹理模型，并且更具体地涉及使用可移动扫描仪(诸如结构光三维扫描仪和/或摄影测量扫描仪)生成纹理模型。

技术介绍

[0002]计算机图形学的一个目标是在不同的光照条件下准确地对对象的物理外观(包括它们的颜色)建模。为此，有必要为对象建立一个纹理模型。生成物理上准确的纹理模型比简单地拍摄对象的照片来观察它们的颜色更复杂。例如，当一个人拍摄一个对象的照片时，照片只显示在拍摄照片时存在的特定光照条件下对象的样子。此外，某些光照条件，诸如闪光灯，会在照片中留下模糊的高光(例如，对象上看起来过于明亮和闪亮的区域)。
[0003]从而，如果对象的3D模型是从这样的照片中纹理化的(例如，如果纹理模型是使用这样的照片生成的)，而没有任何额外的处理，3D模型在物理上看起来并不准确。生成物理上准确的纹理模型的挑战是产生影响对象外观的物理特性的模型，而不是产生例如出现在单个照片中的特性的模型。这样的模型对于动画尤其有用，使得可以从不同的角度和在各种光照条件下准确地显示对象的纹理。

技术实现思路

[0004]根据一些实施例，提供了一种为对象生成纹理模型的方法。该方法包括扫描具有表面的对象。扫描从3D扫描仪相对于对象的多个取向生成颜色数据。该方法还包括使用至少颜色数据生成对象的表面的像素图，对于多个像素中的每个相应像素，像素图包括：对象的表面上对应点的颜色值；和对象的表面上对应点的非颜色性质的值。
[0005]根据一些实施例，提供了一种用于生成对象的纹理模型的电子系统。该电子系统包括扫描仪(例如，可移动扫描仪，诸如可移动3D扫描仪)，该扫描仪包括一个或多个光学传感器、一个或多个处理器和存储器。存储器存储指令，当指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行本文描述的任何方法。
[0006]根据一些实施例，提供了一种非暂时性计算机可读存储介质。非暂时性计算机可读存储介质存储指令，当指令由具有一个或多个处理器、存储器和包括一个或多个光学传感器的可移动扫描仪的电子系统执行时，使得一个或多个处理器执行本文描述的任何方法。
附图说明
[0007]为了更好地理解所描述的各种实施例，应当结合以下附图参考以下实施例的描述，在所有附图中，相同的附图标记指代对应的部分。
[0008]图1A
‑
图1B示出了根据一些实施例的3D扫描仪的各种视图。
[0009]图2是根据一些实施例的3D扫描仪的框图。
[0010]图3是根据一些实施例的数据采集环境的示意图。
[0011]图4是根据一些实施例的从图3所示的数据采集环境收集的数据的预示性示例。
[0012]图5A
‑
图5C示出了根据一些实施例的用于生成对象的纹理化3D表示的对象的表面的图像的示意性示例。
[0013]图5D示出了根据一些实施例生成的图5A
‑
图5C所示对象的纹理化3D表示的示意性示例。
[0014]图6是根据一些实施例的3D扫描仪的机械图。
[0015]图7A
‑
图7D示出了根据一些实施例的为对象生成纹理模型的方法的流程图。
具体实施方式
[0016]所公开的实施例使用由可移动扫描仪获得的颜色数据来生成对象的真实纹理图。在一些实施例中，可移动扫描仪是三维(3D)扫描仪(例如，构建对象的表面的3D模型的装置)。这些3D扫描仪用于生成物理对象的真实纹理3D表示。如下所述，一些3D扫描仪基于结构光方法，而其他扫描仪基于摄影测量方法。三维扫描仪在许多领域都有应用，包括工业设计和制造、计算机动画、科学、教育、医学、艺术、设计和其他领域。
[0017]使用常规的3D扫描仪，用户可以获得的唯一类型的每像素材料信息是照明不一致下组装的颜色图。使用这种扫描仪，基于对象的表面的给定区域的观察值，为每个像素生成红、绿、蓝(RGB)值。例如，对每个像素的不同颜色值取平均或者选择颜色值中一个作为代表(例如，最亮的像素)。换句话说，由这些扫描仪生成的纹理是在不考虑反射光的行为和捕获颜色纹理的每个像素的方向和强度的情况下组装成的。生成的颜色图包含不一致的照明和阴影信息，并且不包含帮助对对象真实感渲染的材料信息
[0018]替代地，专门设计用于生成材料的真实感纹理模型的常规系统通常需要具有精确定位和仔细校准的光线和摄像头的复杂系统。
[0019]本公开提供了使用可移动扫描仪(例如，3D扫描仪)将不一致的照明和阴影与对象的真实表面颜色分离的系统和方法，而不需要具有精确定位和仔细校准的光线和摄像头的复杂系统。此外，本文提供的系统和方法允许为对象的纹理图的每个像素测量材料性质(反射率、镜面颜色、金属度、表面粗糙度)。这是通过使用来自对象的表面的不同图像的对应像素(例如，当扫描仪相对于对象移动时在不同的取向上捕获的像素)以及提供关于捕获不同值的取向的信息的跟踪数据来完成的。换句话说，在一些实施例中，3D扫描仪收集各种像素的颜色值(例如，RGB值)，并记录捕获这些值的角度。来自对应像素的颜色值使用描述以各种角度入射到对象的表面的光的行为的方程(例如，Lambertian漫反射模型或更复杂的纹理模型)与材料性质相关。这个过程为每个像素点产生一个单一的、经校正的RGB值，从而消除杂散高光。此外，可以计算诸如最大镜面值和该值出现的角度等性质。
[0020]这些系统和方法允许对通过3D扫描生成的纹理模型进行相当大的改进。此外，这些系统和方法有助于检测各种材料性质。
[0021]现在将参考实施例，其示例在附图中示出。在以下描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对各种描述的实施例的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员来说明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践各种描述的实施例。在其他情况下，不详细描述本领域普通技术人员公知的方法、过程、部件、电路和网络，以免不必要地模糊实施例的专利技术方面。
[0022]图1A
‑
图1B示出了根据一些实施例的3D扫描仪100的前视图和后视图。在一些实施例中，3D扫描仪100用于采集数据，从该数据可以生成对象的真实颜色图。然而，应该理解，3D扫描仪100只是这种装置的示例。根据本公开的实施例，也可以使用其他装置(诸如摄影测量扫描仪)来生成对象的真实颜色图。
[0023]扫描仪100包括主体外壳102、手柄108和电池外壳110(例如，其包含电池)。在一些实施例中，3D扫描仪100是便携式手持扫描仪。为此，在一些实施例中，3D扫描仪100具有小于30cm x 30cm x 30cm的尺寸(例如，放入在尺寸为30cm x 30cm x 30cm的盒子内)。在一些实施例中，3D扫描仪100足够轻，以由人单手携带(例如，3D扫描仪100重约2.5kg)。
[0024]在一些实施例中，主体外壳102可以与手柄108分离。在一些实施例中，主体外壳102可以经由安装点112(例如，安装点112a到安装点112c)安装(例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，其包括：使用具有一个或多个光学传感器的三维(3D)扫描仪扫描具有表面的对象，其中所述扫描从所述3D扫描仪相对于所述对象的多个取向生成颜色数据；以及使用至少所述颜色数据生成所述对象的所述表面的像素图，对于多个像素中的每个相应像素，所述像素图包括：所述对象的所述表面上对应点的颜色值；和所述对象的所述表面上所述对应点的非颜色性质的值。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述像素图是所述对象的所述表面的纹理图。3.根据权利要求1
‑
2中任一项所述的方法，其中所述非颜色性质选自由以下项组成的组：反射率参数、镜面参数、金属度参数、表面粗糙度、或法线方向。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的方法，其中所述扫描包括将所述3D扫描仪以相对于所述对象的所述多个取向重新定位。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的方法，其中单个光学传感器从所述3D扫描仪相对于所述对象的所述多个取向获得所述颜色数据。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的方法，其中：所述扫描生成对应于所述对象的所述表面的至少一部分的三维(3D)形状的数据；并且所述方法还包括：使用对应于所述对象的所述表面的所述至少一部分的所述三维(3D)形状的所述数据，生成所述对象的所述表面的所述形状的所述至少一部分的3D重建。7.根据权利要求6所述的方法，其还包括：使用所述对象的所述表面的所述形状的所述至少一部分的所述3D重建和像素图，生成所述对象的纹理化3D表示。8.根据权利要求7所述的方法，其还包括：使用所述对象的所述纹理化3D表示在动画中动画化对应对象。9.根据权利要求6
‑
8中任一项所述的方法，其还包括：使用所述对象的所述表面的所述形状的所述至少一部分的所述3D重建，确定所述3D扫描仪相对于从其获得所述颜色数据的所述对象的所述多个取向。10.根据权利要求6
‑
9中任一项所述的方法，其中：所述一个或多个光学传感器包括第一光学传感器；生成对应于所述对象的所述表面的所述至少一部分的三维(3D)形状的所述数据包括重复执行以下操作：将光的空间图案投射到所述对象的所述表面上；以及当所述光的空间图案被投射到所述对象的所述表面上时，使用所述第一光学传感器采集所述对象的所述表面的图像。11.根据权利要求1
‑
10中任一项所述的方法，其中：所述一个或多个光学传感器包括第二光学传感器；以及从所述3D扫描仪相对于所述对象的所述多个取向生成所述颜色数据包括：在所述3D扫描仪以相对于所述对象的所述多个取向中的各取向定位的情况下，使用所述第二光学传感器采集所述对象的所述表面的图像。12.根据权利要求11所述的方法，其还包括：
确定所述对象的所述表面的不同图像中的像素之间的像素级对应关系。13.根据权利要求1
‑
12中任一项所述的方法，其中：对于所述像素图的所述多个像素中的每个相应像素，所述对象的所述表面上的所述对应点的所述颜色值是经校正的颜色值；并且生成所述经校正的颜色值包括：使用所述颜色数据确定相应像素的标称颜色值；以及使用所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：阿泰克欧洲公司，
类型：发明
国别省市：