一种基于3D采集技术的陶瓷纹样个性定制方法及系统

技术领域

本发明涉及图像数据处理技术领域，尤其是涉及一种基于3D采集技术的陶瓷纹样个性定制方法及系统。

背景技术

目前，传统的陶瓷教学方式主要依靠图书、图片、陈列展览等传统的教学手段进行教学，这些手段的局限性在于无法呈现出器物的三维结构的细节，不利于在教学中全面让学生了解学习。另外，也有将陶瓷制作成模型进行展示教学，但目前对每个陶瓷单独建立模型，每个模型的纹样只能在当前模型上进行展示，无法自定义模型和纹样组合，使得教学形式受限，无法做到全面扩展教学。

发明内容

本发明主要是解决现有陶瓷教学中依靠传统手段教学，无法呈现器物三维结构细节，以及采用模型教学，无法自定义模型和纹样组合，不利于全面扩展教学的问题，提供了一种基于3D采集技术的陶瓷纹样个性定制方法及系统。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于3D采集技术的陶瓷纹样个性定制方法，包括：

步骤一：采集器物模型，建立模型数据库；

步骤二：采集器物纹样，建立纹样数据库，包括：

通过多角度拍摄器物，获得多个带有纹理的图片；

将图片映射到器物模型上，合成带有贴图数据的模型；

对模型进行uv切割，获得带有纹样的uv贴图；

从uv贴图中提取具体纹样；

将纹样存入数据库，形成纹样数据库；

步骤三：从数据库中自定义选取器物模型和纹样，将纹样映射在模型上。这里的映射为uv映射，将选定的带有纹样的uv贴图映射到选定的模型上。

本发明通过采集、处理陶瓷器物模型和纹样数据，能自定义选取模型和纹样进行组合，使得用户能够个性定制不同纹样的陶瓷器物。本发明自定义陶瓷纹样，为用户提供了更加便捷、高效的陶瓷教学、研究和生产工具。本发明采用3D采集纹样数据，将图片映射在模型上后通过uv切割后进行纹样提取，能够准确捕捉陶瓷的细节和纹样。

纹样采集采用高清相机多角度拍摄陶瓷器物，使用3D软件将图片映射到器物3D模型上，合成完整的带有贴图数据的模型，在3D软件中选取纹样，根据纹样尺寸进行uv切割，对uv贴图进行烘焙并张开带有纹样的uv贴图，在Photoshop等软件中对uv贴图进行处理，提取具体纹样，将纹样转换为png格式并上传至纹样数据库。

作为一种优选方案，所述将图片映射到器物模型上，具体包括：

在三维空间内位于器物模型前设置虚拟摄像机；

以虚拟摄像机为视点获取器物模型在投影平面上的顶点坐标；

根据顶点在投影平面上的坐标位置，计算对应的纹理坐标；

将纹理坐标应用到原始图片上，获取与纹理坐标对应的像素颜色值；该过程是为了找到纹样贴图中对应的像素，并通过纹样贴图采样得到这些像素的颜色值，然后将这些颜色值应用到器物模型表面对应顶点的颜色属性上，实现纹样的贴图效果。

将像素颜色值赋给器物模型上对应顶点的颜色属性。

本方案将图片投影值三维模型表面，可以根据模型的集合形状和纹理坐标的变化，在模型表面上正确的呈现出图片的细节和颜色。

作为一种优选方案，步骤一具体包括：

采用3D点云扫描设备对器物进行扫描，获取高精度模型；

对模型进行减面和重新布线，提取模型重要节点线条，放样成型，输出模型并上传至模型数据库。

器物模型采集使用3D点云扫描设备对器物进行扫描，获取高精度模型，在zbrush软件中对高面数的模型进行dynamesh减面与重新布线，提取模型重要节点的线条，在cinema4D中放样成型，输出stl格式并上传至模型数据库。

作为一种优选方案，所述步骤二中，获取带纹理的图片后对图片进行校色。本方案通过对图片校色以确保色彩准确。

作为一种优选方案，所述步骤二中，选取纹样，根据纹样尺寸对模型进行uv切割，对uv贴图进行烘焙，展开获得带有纹样的uv贴图。

一种基于3D采集技术的陶瓷纹样个性定制系统，包括，

采集模块，采集器物模型和纹样；

模型数据库，包含采集的器物模型数据，根据用户输入选定分类选取对应模型数据；采集的模型数据根据设定分类进行分类存储，用户进入模型数据库可以根据年代、窑口、形制的分类来选取数据模型。

纹样数据库，包含采集的器物纹样数据，根据用户输入选定分类选取对应纹样数据；采集的纹样数据根据设定分类进行分类存储，用户进入纹样数据库可以根据刻花、釉上彩、釉下彩的分类选取纹样数据。

映射模块，将选取的纹样映射于选取的模型上。

作为一种优选方案，采集模块包括：

扫描器，扫描器物获取模型数据；

摄像机，通过多角度拍摄器物，获得多个带有纹理的图片；

采集处理单元，对扫描器获得数据进行优化处理，得到器物模型，将图片映射到器物模型上，合成带有贴图数据的模型，对模型进行uv切割，获得带有纹样的uv贴图，从uv贴图中提取得到器物纹样。

作为一种优选方案，还包括，

编辑模块，包括器物编辑单元和纹样编辑单元；

器物编辑单元，调整器物模型轮廓线和器物直径；

纹样编辑单元，调整纹样形态和组合纹样。

编辑模块输入连接模型数据库、纹样数据库，输出连接映射模块，在获取模型和纹样后分别进行调整，用户可以根据需要选择合适的调整方式，将调整后的模型和纹样输入映射模块进行组合。

作为一种优选方案，还包括，

显示模块，分别与模型数据库、纹样数据库、映射模块连接，对数据库中器物模型和纹样进行显示，对调整组合后的模型进行显示。

显示模块包括3D显示与平面显示，选取后的模型和纹样能够在显示模块进行查看。在映射模块中将纹样映射在模型上后，在显示模块中预览纹样的应用效果。

作为一种优选方案，还包括，

输出模块，分别与模型数据库、编辑模块、映射模块连接，将模型、纹样、调整组合后模型进行打印输出。

本方案中模型在显示模块中显示，并能将原模型直接输出到输出模块进行打印。经过映射模块调整组合后的模型输出至输出模块，模型数据输出stl格式，输出模块连接3D打印机打印，可以选择3D树脂打印与3D陶瓷打印两种材料。调整后纹样输出至输出模块，输出模块连接花纸打印设备进行打印。

因此，本发明的优点是：

通过采集、处理陶瓷器物模型和纹样数据，能自定义选取模型和纹样进行组合，使得用户能够个性定制不同纹样的陶瓷器物。

自定义陶瓷纹样，为用户提供了更加便捷、高效的陶瓷教学、研究和生产工具。

采用3D采集纹样数据，将图片映射在模型上后通过uv切割后进行纹样提取，能够准确捕捉陶瓷的细节和纹样。

附图说明

图1是本发明方法的一种流程示意图；

图2是本发明系统的一种结构框示图。

1-采集模块 2-模型数据库 3-纹样数据库 4-编辑模块 41-器物编辑单元 42-纹样编辑单元 5-映射模块 6-显示模块 7-输出模块。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本实施例一种基于3D采集技术的陶瓷纹样个性定制系统，如图2所示，包括，

采集模块，采集器物模型和纹样；具体的包括：

扫描器，扫描器物获取模型数据；扫描器为3D点云扫描设备

摄像机，通过多角度拍摄器物，获得多个带有纹理的图片；摄像机采用高清摄像机。

采集处理单元，对扫描器获得数据进行优化处理，得到器物模型，其中优化处理包括在zbrush软件中对高面数的模型进行dynamesh减面和重新布线，提取模型重要节点线条，在cinema4D中放样成型。

将图片映射到器物模型上，合成带有贴图数据的模型，对模型进行uv切割，获得带有纹样的uv贴图，从uv贴图中提取得到器物纹样。其中图片映射到器物模型上，具体包括：

在三维空间内位于器物模型前设置虚拟摄像机；

以虚拟摄像机为视点获取器物模型在投影平面上的顶点坐标；

根据顶点在投影平面上的坐标位置，计算对应的纹理坐标；

将纹理坐标应用到原始图片上，获取与纹理坐标对应的像素颜色值；

将像素颜色值赋给器物模型上对应顶点的颜色属性。

采集处理单元分别连接模型数据库和纹样数据库，将处理后的模型数据上传至模型数据库，处理后的纹样数据上传至纹样数据库。

模型数据库，包含采集的器物模型数据，根据用户输入选定分类选取对应模型数据；包括根据年代、窑口、形制的分类来选取数据模型。

纹样数据库，包含采集的器物纹样数据，根据用户输入选定分类选取对应纹样数据；包括根据刻花、釉上彩、釉下彩的分类选取纹样数据。模型数据和纹样数据采集后根据设定分类存储在模型数据库和纹样数据库中。

编辑模块，模型数据库和纹样数据库分别连接编辑模块。编辑模块包括器物编辑单元和纹样编辑单元；其中，

器物编辑单元，调整器物模型轮廓线和器物直径；

纹样编辑单元，调整纹样形态和组合纹样。

映射模块，与编辑模块连接，将选取且编辑后的纹样映射于选取的模型上。

显示模块，包括3D显示与平面显示，显示模块分别与模型数据库、纹样数据库、映射模块连接，对数据库中器物模型和纹样进行显示，对调整组合后的模型进行显示，预览纹样的应用效果。

输出模块，分别与模型数据库、编辑模块、映射模块连接，将模型、纹样、调整组合后模型进行打印输出。显示模块中显示的原模型直接输出到输出模块进行打印。经过映射模块调整组合后的模型输出至输出模块，模型数据输出stl格式，输出模块连接3D打印机打印，可以选择3D树脂打印与3D陶瓷打印两种材料。编辑模块调整后纹样输出至输出模块，输出模块连接花纸打印设备进行打印。

本实施例还包括一种基于3D采集技术的陶瓷纹样个性定制方法，采用上述系统进行实施，如图1所示，包括以下步骤：

步骤一：采集器物模型，建立模型数据库；包括：

采用3D点云扫描设备对器物进行扫描，获取高精度模型；

对模型进行减面和重新布线，提取模型重要节点线条，放样成型，输出模型并上传至模型数据库。

步骤二：采集器物纹样，建立纹样数据库，包括：

S21.通过多角度拍摄器物，获得多个带有纹理的图片，对图片进行校色；

S22.将图片映射到器物模型上，合成带有贴图数据的模型；具体包括：

S221.在三维空间内位于器物模型前设置虚拟摄像机；

S222.以虚拟摄像机为视点获取器物模型在投影平面上的顶点坐标；

S223.根据顶点在投影平面上的坐标位置，计算对应的纹理坐标；具体的为将投影平面上的顶点坐标与纹理坐标进行映射，首先计算模型表面上的每个点的纹理坐标，在计算纹理坐标时，通常将器物模型表面划分为三角形，然后通过差值的方式计算三角形内其他点的纹理坐标，这样，获得了整个三角形上各个点的纹理坐标。根据模型表面顶点投影在投影平面上的位置，计算投影平面各顶点对应的纹理坐标。

S224.将纹理坐标应用到原始图片上，获取与纹理坐标对应的像素颜色值；由于虚拟摄像机的位置和角度设置成与实际拍摄文物的相机位置和角度相似，得到的投影和图片为相似的，将投影平面与原始图片对应重合，获取投影平面各顶点对应的像素颜色值。该过程为纹样贴图采样，在采样过程中通常使用双线性插值或三线性插值等技术，一确保纹样在器物模型表面上的贴图效果平滑和联系。由于器物模型的表面可能是由三角形或多边形等组成，而投影平面图像的像素点可能不完全对应于器物模型表面的顶点，所以需要插值计算出器物模型表面上其他点的纹理颜色值。

S225.将像素颜色值赋给器物模型上对应顶点的颜色属性。通过上述投影平面顶点坐标与纹理坐标的映射关系，将获取的顶点坐标颜色值应用到器物模型表面对应顶点颜色属性上。这样，在渲染过程中，器物模型的表面各个顶点就会根据采样得到的像素值进行着色，从而实现纹样的贴图效果。

S23.对模型进行uv切割，对uv贴图进行烘焙，展开获得带有纹样的uv贴图；具体的包括：

在模型中选取需要展开的面或选取面与面交界处的线，基于LSCM算法展开模型uv，并复制新模型。

原模型的材质只开启发光属性，在发光属性中载入原模型贴图，并在材质光照中只开启产生全局光。新模型的材质只开启反射属性，并添加GGX层，并在材质光照中只开启接收全局光照。

然后在渲染设置中打开全局光照，在新模型中添加烘焙材质标签，在选项中勾选反射，烘焙，导出新uv布局贴图。

S24.从uv贴图中提取具体纹样；

S25.将纹样存入数据库，形成纹样数据库；

步骤三：从数据库中自定义选取器物模型和纹样，将纹样映射在模型上。

通过采集、处理陶瓷器物模型和纹样数据，能自定义选取模型和纹样进行组合，使得用户能够个性定制不同纹样的陶瓷器物。并且自定义陶瓷纹样，为用户提供了根据便捷、高效的陶瓷教学。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了采集模块、模型数据库、纹样数据库、编辑模块等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。