專利名稱：面向稀疏網(wǎng)格的基于曲面細(xì)分的三維腳型數(shù)據(jù)測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維腳型數(shù)據(jù)的快速測(cè)量方法，尤其是一種面向稀疏網(wǎng)格的基于曲面細(xì)分的三維腳型數(shù)據(jù)測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
就腳型數(shù)據(jù)的獲取而言，目前的主流技術(shù)途徑是基于光學(xué)系統(tǒng)，包括1)基于激光的三角測(cè)量技術(shù)。是目前十分流行的三維數(shù)據(jù)獲取方式，精度高，適用范圍廣，但設(shè)備的價(jià)格昂貴。主要部件有高速攝像頭，激光發(fā)射器，信號(hào)處理器，高精度步進(jìn)電機(jī)等。
2)基于結(jié)構(gòu)光的測(cè)量技術(shù)。主要部件有專用投影儀，攝像頭等。精度中等，價(jià)格也中等。
3)基于計(jì)算機(jī)視覺的測(cè)量技術(shù)。主要的設(shè)備是攝像頭，其核心是立體視覺系統(tǒng)。
這些測(cè)量技術(shù)主要通過測(cè)量出所有的稠密的散亂點(diǎn)(上萬個(gè))，來獲得被測(cè)量物體的三維模型，而后完成對(duì)模型的測(cè)量。這種方法對(duì)沒有生命力的完全靜止的物體十分有效。但對(duì)于有生命物體的測(cè)量，由于在測(cè)量過程中，有生命的物體會(huì)產(chǎn)生細(xì)微運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)噪聲的直接影響，使得用戶就需要花費(fèi)大量的后處理時(shí)間，顯得特別耗時(shí)耗力。我們只需要稀疏的網(wǎng)格點(diǎn)(一般不超過1千個(gè)，可以在瞬間得到，把運(yùn)動(dòng)噪聲降到最低)，然后通過曲面細(xì)分的手段，就可以快速地獲得人體的三維腳型模型。并在計(jì)算機(jī)上完成對(duì)其各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)量和計(jì)算工作。
曲面細(xì)分方法是數(shù)字幾何處理的常見方法之一，其基本的算法框架為1)初始化，讀入要進(jìn)行細(xì)分的完整稀疏網(wǎng)格模型，設(shè)定相關(guān)迭代參數(shù)。如設(shè)置細(xì)分迭代的閾值，即細(xì)分的終止條件。
2)細(xì)分運(yùn)算，根據(jù)具體變換結(jié)果要求，在原有模型中插入新的頂點(diǎn)。
3)光滑處理，如采用對(duì)新生成的模型進(jìn)行光滑濾波等方法，使生成的模型達(dá)到應(yīng)用要求。
4)終止條件檢查，判斷當(dāng)前網(wǎng)格模型的是否達(dá)到了邊，點(diǎn)，面等數(shù)量要求，若達(dá)到，則終止并輸出所需的三維模型，否則再從第2)步開始執(zhí)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種面向稀疏網(wǎng)格的基于曲面細(xì)分的三維腳型數(shù)據(jù)測(cè)量方法。
方法的步驟如下1)讀入稀疏網(wǎng)格三維腳模型，設(shè)定細(xì)分迭代參數(shù)，其中迭代參數(shù)包括目標(biāo)模型頂點(diǎn)個(gè)數(shù)，目標(biāo)模型面片個(gè)數(shù)，目標(biāo)模型中最大邊長值；2)對(duì)稀疏網(wǎng)格三維腳模型進(jìn)行細(xì)分，即采用面分裂方法插入新頂點(diǎn)，對(duì)大于最大邊長值的邊，采用邊裂分的方法插入新頂點(diǎn)；3)對(duì)步驟2)生成的三維腳模型進(jìn)行光滑處理；4)對(duì)判斷步驟3)處理后的模型進(jìn)行終止條件檢查，看是否已經(jīng)達(dá)到步驟1)中設(shè)定的細(xì)分所要求達(dá)到的目標(biāo)模型頂點(diǎn)個(gè)數(shù)，目標(biāo)模型面片個(gè)數(shù)，目標(biāo)模型中最大邊長值，如果達(dá)到則保存三維特征腳模型并進(jìn)入步驟5)，否則從步驟2)繼續(xù)迭代；5)對(duì)步驟4)生成的三維特征腳模型進(jìn)行二維投影，即向XOY平面投影，獲得三維特征腳模型的二維輪廓；6)對(duì)步驟5)生成的三維特征腳模型的二維輪廓進(jìn)行特征點(diǎn)圈選；7)對(duì)步驟4)生成的三維特征腳模型采用截面求交法獲取腳型的圍長參數(shù)——腳跗圍，腳跖圍；8)輸出三維特征腳型參數(shù)。
本發(fā)明三維測(cè)量的目標(biāo)是獲得待測(cè)量物體的稠密的三維數(shù)據(jù)模型并獲取其相關(guān)參數(shù)。針對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)量方法在對(duì)于有生命力的物體(如人體)的測(cè)量過程中，耗費(fèi)的時(shí)間比較長，一般在10分鐘以上。由于有生命的物體會(huì)產(chǎn)生細(xì)微運(yùn)動(dòng)，形成運(yùn)動(dòng)噪聲，使得用戶就需要花費(fèi)大量的后處理時(shí)間，特別地耗時(shí)耗力。我們所采取的方法是，利用目前的測(cè)量技術(shù)，瞬間(小于1秒)得到待測(cè)量物體的稀疏網(wǎng)格，從而把運(yùn)動(dòng)噪聲降到最低。然后采用細(xì)分的手段，就可以快速地獲得人體的三維腳型模型。本發(fā)明方法對(duì)于腳型沒有特殊限制，在能夠很快處理大部分人腳的同時(shí)，還可以處理各種特殊的腳型，如畸形腳，殘疾腳等。同時(shí)在測(cè)量方面，本發(fā)明解決了如今制鞋廠商只有得到鞋楦實(shí)物后才能進(jìn)行相應(yīng)的腳型數(shù)據(jù)的測(cè)量工作，有效的為制鞋產(chǎn)業(yè)節(jié)約了人力和財(cái)力。


圖1是稀疏網(wǎng)格腳模型；圖2是由圖1稀疏網(wǎng)格腳模型細(xì)分后得到的三維特征腳模型；圖3a是面分裂細(xì)分前的網(wǎng)格局部；
圖3b是面分裂細(xì)分后的網(wǎng)格局部；圖4是本發(fā)明總體工作步驟流程圖；圖5是本發(fā)明由稀疏網(wǎng)格腳模型獲取三維特征腳模型的步驟流程圖；圖6本發(fā)明實(shí)施例子中輸入的稀疏網(wǎng)格腳模型；圖7本發(fā)明實(shí)施例子中得到的稀疏網(wǎng)格腳模型和結(jié)果三維特征腳模型的對(duì)比圖；圖8本發(fā)明實(shí)施例子中細(xì)分得到的三維特征腳模型的XOY平面投影輪廓圖；圖9本發(fā)明實(shí)施例子中腳型特征點(diǎn)選擇的示意圖；圖10本發(fā)明實(shí)施例子中跖圍選取截圖；圖11本發(fā)明實(shí)施例子中跗圍選取截圖；圖12本發(fā)明實(shí)施例子的參數(shù)輸出截圖；圖13a點(diǎn)的一階鄰域示意圖；圖13b點(diǎn)的二階鄰域示意圖。
具體實(shí)施例方式
三維腳型的稀疏網(wǎng)格的獲取方法，參見申請(qǐng)公開號(hào)CN1544883A的發(fā)明內(nèi)容。在獲得三維腳型的稀疏網(wǎng)格后，對(duì)稀疏網(wǎng)格腳模型進(jìn)行細(xì)分，得到可以進(jìn)行測(cè)量的三維特征腳模型。然后對(duì)其進(jìn)行參數(shù)的測(cè)量計(jì)算和輸出。
面向稀疏網(wǎng)格的基于曲面細(xì)分的三維腳型數(shù)據(jù)測(cè)量方法的步驟如下(見圖4)1)讀入稀疏網(wǎng)格三維腳模型(見圖1)，設(shè)定細(xì)分迭代參數(shù)，其中迭代參數(shù)包括，目標(biāo)模型頂點(diǎn)個(gè)數(shù)，目標(biāo)模型面片個(gè)數(shù)，目標(biāo)模型中最大邊長值。這些參數(shù)將被用來作為細(xì)分迭代的終止條件；2)對(duì)稀疏網(wǎng)格三維腳模型進(jìn)行細(xì)分，即采用面分裂方法插入新頂點(diǎn)(見圖3)，同時(shí)采用邊裂分的方法在較長邊上插入新頂點(diǎn)；3)對(duì)步驟2)生成的三維腳模型進(jìn)行光滑處理，在這一步中我們要除去模型中存在的棱角，以保證腳型參數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確性；4)對(duì)判斷步驟3)處理后的模型進(jìn)行終止條件檢查，看是否已經(jīng)達(dá)到1)中設(shè)定的細(xì)分所要求達(dá)到的目標(biāo)模型頂點(diǎn)個(gè)數(shù)，目標(biāo)模型面片個(gè)數(shù)，目標(biāo)模型中最大邊長值，如果達(dá)到則保存三維特征腳模型(見圖2)并進(jìn)入步驟5)，否則從2)繼續(xù)迭代；(見圖5)5)對(duì)步驟4)生成的三維特征腳模型進(jìn)行二維投影，即向XOY平面投影，獲得三維特征腳模型的二維輪廓，該輪廓是根據(jù)實(shí)際用戶的腳型尺寸和屏幕顯示的比例進(jìn)行縮放顯示；6)對(duì)步驟5)生成的三維特征腳模型的二維輪廓進(jìn)行特征點(diǎn)圈選(具體的圈選方法見實(shí)施例部分)，所選的特征點(diǎn)包括腳拇趾端點(diǎn)，腳拇趾外突點(diǎn)，腳小趾外突點(diǎn)，第一跖趾外突點(diǎn)，第五跖趾外突點(diǎn)，后跟突點(diǎn)，第五趾骨粗隆點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，只要得到這些點(diǎn)的位置坐標(biāo)，其他的腳型參數(shù)是可以通過計(jì)算來得到的；7)對(duì)步驟4)生成的三維特征腳模型采用截面求交法獲取腳型的圍長參數(shù)——腳跗圍長，腳跖圍長；8)計(jì)算并輸出三維特征腳型參數(shù)。
所述的對(duì)步驟2)生成的三維腳模型進(jìn)行光滑處理一步中，對(duì)生成的臨時(shí)三維模型進(jìn)行光滑濾波我們采用了二階鄰域?yàn)V波，通過最小化二階鄰域(見附圖13b)中相鄰面片的法向差值的平方和，解方程得到新的頂點(diǎn)，用新頂點(diǎn)的值代替原來頂點(diǎn)。用該法對(duì)所有的新生成的頂點(diǎn)處理一遍。對(duì)于原始稀疏網(wǎng)格的頂點(diǎn)，移動(dòng)它周圍的點(diǎn)，使得周圍的點(diǎn)向相反的方向移動(dòng)，相當(dāng)于固定點(diǎn)移動(dòng)到與周圍鄰域光滑的位置。
實(shí)施例首先，載入稀疏網(wǎng)格腳模型，見圖6。由于載入的稀疏網(wǎng)格腳模型是不能用于直接測(cè)量的，在圖中可以看到它有很多的棱角，如果直接對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，則會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，得到的數(shù)據(jù)基本無法用于制鞋的使用。所以需要對(duì)其進(jìn)行細(xì)分，將這個(gè)稀疏網(wǎng)格腳模型變成三維特征腳模型，見附圖7。經(jīng)過這樣的變換以后，我們可以看出，稀疏網(wǎng)格腳模型中的棱角已經(jīng)不見了，這樣的數(shù)據(jù)才是可以用于測(cè)量的。下一步，將已經(jīng)生成的三維腳模型投影到XOY平面上見附圖8，得到其腳的輪廓的比例圖，經(jīng)過觀察我們發(fā)現(xiàn)，只需得到腳型上面七個(gè)特征點(diǎn)的部位，就可以計(jì)算出用于制鞋的所有的腳型參數(shù)。這七個(gè)特征點(diǎn)分別為腳拇趾端點(diǎn)，腳拇趾外突點(diǎn)，腳小趾外突點(diǎn)，第一跖趾外突點(diǎn)，第五跖趾外突點(diǎn)，后跟突點(diǎn)，第五趾骨粗隆點(diǎn)。附圖9是已經(jīng)選擇完成的特征點(diǎn)示意圖，圖中矩形框框選住某一特征點(diǎn)的大體范圍，本發(fā)明應(yīng)用程序中會(huì)自動(dòng)對(duì)所選定的點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。而后是腳型參數(shù)中兩個(gè)重要的圍度參數(shù)的選擇，附圖10是跖圍選取截圖，其中我們通過求黃色平面與腳型曲面交線的周長來得到圍度的具體數(shù)值，黃色的平面可以根據(jù)測(cè)量的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。附圖11是本發(fā)明的跗圍選取截圖。發(fā)明系統(tǒng)中初始位置提供跖圍平面和跗圍平面的參考位置，跖圍平面是以一定角度過第一跖趾外突點(diǎn)和第五跖趾外突點(diǎn)的平面，跗圍平面也是以一定角度過第五趾骨粗隆點(diǎn)的平面。腳型圍度參數(shù)確定后就可以進(jìn)行參數(shù)計(jì)算并輸出了。附圖12是這個(gè)例子的參數(shù)輸出截圖。
權(quán)利要求
1.一種面向稀疏網(wǎng)格的基于曲面細(xì)分的三維腳型數(shù)據(jù)測(cè)量方法，其特征在于，方法的步驟如下1)讀入稀疏網(wǎng)格三維腳模型，設(shè)定細(xì)分迭代參數(shù)，其中迭代參數(shù)包括目標(biāo)模型頂點(diǎn)個(gè)數(shù)，目標(biāo)模型面片個(gè)數(shù)，目標(biāo)模型中最大邊長值；2)對(duì)稀疏網(wǎng)格三維腳模型進(jìn)行細(xì)分，即采用面分裂方法插入新頂點(diǎn)，對(duì)大于最大邊長值的邊，采用邊裂分的方法插入新頂點(diǎn)；3)對(duì)步驟2)生成的三維腳模型進(jìn)行光滑處理；4)對(duì)判斷步驟3)處理后的模型進(jìn)行終止條件檢查，看是否已經(jīng)達(dá)到步驟1)中設(shè)定的細(xì)分所要求達(dá)到的目標(biāo)模型頂點(diǎn)個(gè)數(shù)，目標(biāo)模型面片個(gè)數(shù)，目標(biāo)模型中最大邊長值，如果達(dá)到則保存三維特征腳模型并進(jìn)入步驟5)，否則從步驟2)繼續(xù)迭代；5)對(duì)步驟4)生成的三維特征腳模型進(jìn)行二維投影，即向XOY平面投影，獲得三維特征腳模型的二維輪廓；6)對(duì)步驟5)生成的三維特征腳模型的二維輪廓進(jìn)行特征點(diǎn)圈選；7)對(duì)步驟4)生成的三維特征腳模型采用截面求交法獲取腳型的圍長參數(shù)——腳跗圍，腳跖圍；8)輸出三維特征腳型參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種面向稀疏網(wǎng)格的基于曲面細(xì)分的三維腳型數(shù)據(jù)測(cè)量方法，其特征在于，所述的對(duì)步驟2)生成的三維腳模型進(jìn)行光滑處理對(duì)生成的臨時(shí)三維模型進(jìn)行光滑濾波。
3.如權(quán)利要求2所述的一種面向稀疏網(wǎng)格的基于曲面細(xì)分的三維腳型數(shù)據(jù)測(cè)量方法，其特征在于，所述的對(duì)生成的臨時(shí)三維模型進(jìn)行光滑濾波是采用了二階鄰域?yàn)V波，通過最小化二階鄰域中相鄰面片的法向差值的平方和，解方程得到新的頂點(diǎn)，用新頂點(diǎn)的值代替原來頂點(diǎn)，用該法對(duì)所有的新生成的頂點(diǎn)處理一遍，對(duì)于原始稀疏網(wǎng)格的頂點(diǎn)，移動(dòng)它周圍的點(diǎn)，使得周圍的點(diǎn)向相反的方向移動(dòng)，相當(dāng)于固定點(diǎn)移動(dòng)到與周圍鄰域光滑的位置。
4.如權(quán)利要求1所述的一種面向稀疏網(wǎng)格的基于曲面細(xì)分的三維腳型數(shù)據(jù)測(cè)量方法，其特征在于，所述驟6)的特征點(diǎn)包括腳拇趾端點(diǎn)，腳拇趾外突點(diǎn)，腳小趾外突點(diǎn)，第一跖趾外突點(diǎn)，第五跖趾外突點(diǎn)，后跟突點(diǎn)，第五趾骨粗隆點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種面向稀疏網(wǎng)格的基于曲面細(xì)分的三維腳型數(shù)據(jù)測(cè)量方法。方法的步驟如下1)讀入的稀疏網(wǎng)格三維腳模型，設(shè)定細(xì)分迭代參數(shù)；2)對(duì)稀疏網(wǎng)格三維腳模型進(jìn)行細(xì)分；3)對(duì)步驟2)生成的三維腳模型進(jìn)行光滑處理；4)對(duì)判斷步驟3)處理后的模型進(jìn)行終止條件檢查；5)對(duì)步驟4)生成的三維特征腳模型進(jìn)行二維投影；6)對(duì)步驟5)生成的三維特征腳模型的二維輪廓進(jìn)行特征點(diǎn)圈選；7)對(duì)步驟4)生成的三維特征腳模型采用截面求交法獲取腳型的圍長參數(shù)；8)輸出三維特征腳型參數(shù)。本發(fā)明能快速獲取腳型三位數(shù)據(jù)，降低運(yùn)動(dòng)噪聲，且能處理大部分人腳和特殊腳型。解決了只有得到鞋楦實(shí)物后才能進(jìn)行相應(yīng)的腳型數(shù)據(jù)的測(cè)量工作，節(jié)約了人力和財(cái)力。
文檔編號(hào)G06T1/00GK1895168SQ20051006127
公開日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2005年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月26日
發(fā)明者潘云鶴, 耿衛(wèi)東, 高飛, 徐興華, 王毅剛 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)