从单张树木图像快速构建真实感树木模型的方法

摘要

本发明公开了一种从单张树木图像快速构建真实感树木模型的方法，属于计算机图形学领域，用于解决从单张真实树木图像中快速重建出树木的三维几何模型和二维纹理贴图这一问题。该方法包括以下步骤：首先在树木图像上标记出树木大致树冠轮廓和主树干中心线；其次采用主动轮廓方法求解精确树冠轮廓、主树干轮廓和树木前景图像；再次使用粒子仿真方法计算树冠轮廓内部的二维树枝形状；然后将树枝形状从二维平面变换到三维空间；接着扫描三维树枝形状构建树木三维几何模型；最后合成枝干纹理贴图和树叶纹理贴图。本发明提供的树木建模方法建模操作简单、建模速度快，在景观设计、动漫创作、游戏开发、影视制作等领域具有较高的实用价值。

主权项

一种从单张树木图像快速构建真实感树木模型的方法，其特征在于：1)在树木图像上标记树木大致树冠轮廓和主树干中心线拍摄一张树木图像，在树木图像上用多边形标记出树木大致树冠轮廓，用直线段标记出树木大致主树干中心线；2)求解精确树冠轮廓、主树干轮廓和树木前景图像采用主动轮廓方法，分别从树木大致树冠轮廓和主树干轮廓出发，通过局部最小化由连续能量、曲率能量和梯度能量加权求和组成的能量函数，求解精确的树冠轮廓和主树干轮廓，并提取出精确的树木前景图像；3)计算树冠轮廓内部的二维树枝形状对精确树冠轮廓顶点进行重采样和平滑处理，然后在树冠轮廓顶点等距放置粒子，根据主树干引力、树冠轮廓排斥力和粒子间相互引力，采用粒子仿真方法不断更新粒子位置，直到所有粒子都死亡，合并粒子运动轨迹，得到树冠轮廓内部的二维树枝形状；4)将树枝形状从二维平面变换到三维空间然后根据最大分叉原则，采用贪心算法，从下至上逐段处理每段二维树枝形状，根据二维树枝形状在树木图像平面上的位置以及已经处理的二维树枝形状的数量，将树枝形状从二维平面上旋转到三维空间中，处理完成所有二维树枝形状后，得到树木的三维树枝形状；5)扫描三维树枝形状构建树木的三维几何模型从三维树枝形状的根节点出发，从下至上扫描每段三维树枝形状，逐段生成枝干表面的三维几何模型，根据运动轨迹所包含粒子的数量计算树枝形状的半径，在树枝形状内部，采用结合下一段树枝形状的方法计算几何模型顶点采样点平面，在树枝形状分叉处，采用结合分叉处两段树枝形状的方法计算几何模型顶点采样点平面；6)根据树木前景图像合成树木二维纹理贴图根据主树干轮廓内的树木前景图像像素，采用基于样例的逐像素纹理合成方法生成枝干纹理贴图，并根据树冠轮廓内的树木前景图像像素，采用高斯模型分析方法合成树叶纹理贴图，得到具有真实感的树木二维纹理贴图。