專利名稱：一種真人立體頭像大頭娃娃制作系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大頭娃娃玩具制作系統(tǒng)，特別是一種利用激光三維取像技術(shù)、專用 數(shù)控雕刻機(jī)與噴繪機(jī)、卡通身體等制作真人立體頭像的玩具大頭娃娃的即時(shí)制作系統(tǒng)及 其實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
背景技術(shù)：
之一真人立體頭像大頭娃娃的手工制作
制作真人立體頭像的大頭娃娃，目前的技術(shù)是采取手工方法。例如上海眾像國(guó)際企 業(yè)有限公司推出的"眾像禮念"等系列服務(wù)，就是通過(guò)手工流程，完成真人立體頭像大 頭娃娃。具體實(shí)現(xiàn)方法是1)提供多張表情照片；2)在門市上填寫訂單3)進(jìn)入質(zhì) 量控制流程；4)形象涉及團(tuán)隊(duì)涉及頭部模型和軀干；5)制作模具；6)十天左右交貨。
而自動(dòng)立體雕刻裝置(申請(qǐng)?zhí)?8120778.2)則僅僅是一種在徽章、糕點(diǎn)等表面進(jìn)行凸 起狀浮雕，并沒(méi)有達(dá)到對(duì)人頭像的等比例或者按照客戶要求的比例進(jìn)行雕刻的三維實(shí)體 效果，更不是制作真人頭像大頭娃娃的技術(shù)解決方案。
手工制作大頭娃娃頭像模型的缺點(diǎn)是加工時(shí)間太長(zhǎng)，不能準(zhǔn)確刻畫臉部形狀，并且 沒(méi)有個(gè)性化選擇余地。
背景技術(shù)：
之二大頭貼
大頭帖，這是一種即時(shí)拍照、選像、打印的數(shù)碼攝像系統(tǒng)。這個(gè)攝影界的一朵奇葩， 一般人認(rèn)為是不登大雅之堂，但它的生命力、普及率是不可小視的。在中外大小城市都 有它的市場(chǎng)，深受年輕人的喜愛(ài)。目前大頭貼制作系統(tǒng)與產(chǎn)品有很多種類，包括動(dòng)畫大 頭貼、立體大頭貼等?，F(xiàn)有的基于傳統(tǒng)平面攝影系統(tǒng)的立體大頭貼系統(tǒng)與產(chǎn)品，主要技 術(shù)基礎(chǔ)是平面立體光柵。這種在平面照片上通過(guò)光柵來(lái)體現(xiàn)的立體效果是一種視覺(jué)感 知，并不是真正意義上的三維立體物品。
大頭貼特點(diǎn)是速度快，幾本上半個(gè)小時(shí)就可以打印出照片，缺點(diǎn)是只有二維平面效 果，無(wú)法達(dá)到真人大頭娃娃的效果。
背景技術(shù)：
之二三維攝影與成像
在現(xiàn)實(shí)生活中，物體都是以三維幾何實(shí)體的形式存在。傳統(tǒng)的二維平面照片通過(guò)明 暗對(duì)比和透視關(guān)系來(lái)造成視覺(jué)上的空間立體感，無(wú)法產(chǎn)生引人入勝的自然立體觀感。而 三維影像的空間造型與原形接近，不僅具有高度、深度三維空間幾何形體特征，而且具 有真實(shí)逼真的表面紋理信息， 一改平面照片所無(wú)法給出的真實(shí)感，可給人親切、逼真的
感覺(jué)。觀察者可從空間任意角度全方位觀看三維影像，獲得與自然觀感相同的立體視覺(jué) 效果，產(chǎn)生前所未有的新奇、新鮮視覺(jué)感受，從而帶來(lái)美的享受。
19世紀(jì)末已經(jīng)有人探索立體照相的技術(shù)問(wèn)題，最著名的實(shí)驗(yàn)是英國(guó)人懷特斯通完
成的。懷特斯通用2臺(tái)照相機(jī)模擬左、右眼睛分別拍攝2幅照片，然后用2個(gè)互相分隔 的目鏡，由左、右眼觀察這2幅照片，于是在大腦中重新合成了立體圖像。這種利用雙 眼視差形成立體視覺(jué)的方法，后來(lái)又被改進(jìn)為"紅色濾色法立體照相"、"偏振濾光法立 體照相"和"柱面鏡(光柵片)立體照相"等方法。
利用雙眼視差形成立體視覺(jué)的方法實(shí)質(zhì)上是模擬人的雙眼視差作用的一種仿生學(xué) 技術(shù)，只能在一個(gè)特定的方向形成立體視覺(jué)，無(wú)法獲取定量的三維坐標(biāo)值，不能輸入計(jì) 算機(jī)進(jìn)行其它處理。
自20世紀(jì)70年代以來(lái)，逆向工程、質(zhì)量檢測(cè)、機(jī)器視覺(jué)、影視動(dòng)畫、3D游戲、 虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互、生物醫(yī)學(xué)、整形醫(yī)療、服裝設(shè)計(jì)、人體測(cè)量、文物復(fù)制，藝術(shù)雕 塑等行業(yè)用領(lǐng)域紛紛提出了快速獲取物體三維幾何模型的要求，使物體三維輪廓非接觸 測(cè)量成為光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，出現(xiàn)了眾多得到三維輪廓測(cè)量?jī)x和三維照相機(jī)。三 維輪廓測(cè)量?jī)x只獲取被測(cè)物的三維幾何模型，三維照相機(jī)可獲取被測(cè)物的三維幾何模型 和表面紋理貼圖，可生成具有真實(shí)感的三維模型。
在三維人像攝影領(lǐng)域，三維照相機(jī)主要基于兩種方法激光掃描法和結(jié)構(gòu)光影測(cè)量法。
1、激光掃描法激光掃描法以純粹的三角測(cè)量原理為基礎(chǔ)，利用激光逐點(diǎn)掃描物
體體表面，通過(guò)出射點(diǎn)、投影點(diǎn)和成像點(diǎn)三者之間的幾何成像關(guān)系確定物體各點(diǎn)的三維
空間幾何坐標(biāo)。激光掃描儀的價(jià)格十分昂貴，非一般用戶所能承受?？履峥滥苓_(dá)VIVID 系列三維激光掃描儀，目前只應(yīng)用于逆向工程、三維動(dòng)畫、文物復(fù)制、虛擬現(xiàn)實(shí)、整形 醫(yī)療等專業(yè)領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)的發(fā)明專利可以參閱本發(fā)明人提出的發(fā)明專利"三維人像速成制
作方法"，專利號(hào)94103620。
2、結(jié)構(gòu)光投影法結(jié)構(gòu)光投影法是目前最常用的三維形狀測(cè)量方法?；舅枷胧?利用照明光源中的幾何信息來(lái)幫助提取被測(cè)物的三維幾何信息，將帶有編碼信息的光束 投影到物體表面，受物體表面高度的調(diào)制，結(jié)構(gòu)光場(chǎng)的相位和振幅均發(fā)生變化，使二維 結(jié)構(gòu)光圖發(fā)生變形。測(cè)量二維結(jié)構(gòu)光圖形的變化，就可計(jì)算出被測(cè)物三維幾何輪廓信息。 如將正弦光柵圖投射到被測(cè)物體表面上，若被測(cè)表面是平面，則得到一組相互平行的直 條紋。若被測(cè)表面是曲面，則得到一組被物體三維表面調(diào)制后的曲線條紋。通過(guò)成像系 統(tǒng)獲取變形條紋圖像，利用相移技術(shù)科精確測(cè)定物體三維面型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種真人立體頭像的大頭娃娃快速制作系統(tǒng)及其方法。 該系統(tǒng)包括采集頭部或臉部三維數(shù)據(jù)信息的立體采像儀及其軟件，接受三維數(shù)據(jù)信 息并進(jìn)行雕刻的三維數(shù)控機(jī)床(或稱為數(shù)控雕刻機(jī))，接受三維數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行噴繪的 三維數(shù)控噴繪機(jī)，以及可以與雕刻完畢的頭部或臉部進(jìn)行結(jié)合的各種小型身體軀干。該 系統(tǒng)既可以如同平面大頭貼一樣將所有設(shè)備安裝在一個(gè)框架內(nèi)或殼體內(nèi)，也可以將取像 設(shè)備、雕刻設(shè)備、噴繪設(shè)備分開(kāi)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明所述的一種真人立體頭像大頭娃娃制作系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法包括以下步驟
首先，利用激光三維取像技術(shù)提取顧客頭部三維數(shù)據(jù)信息。三維取像技術(shù)可以采取
本發(fā)明人的發(fā)明專利"三維人像速成制作方法"(專利號(hào)94103620)及其軟件；也可以 采取平面數(shù)碼相機(jī)結(jié)合視覺(jué)算法的方式獲取，例如發(fā)明專利申請(qǐng)"一種三維人像攝影系 統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法"(申請(qǐng)?zhí)?00610083493.5)。這些三維數(shù)據(jù)信息包括顧客頭部的三維 的幾何空間位置信息與表面顏色信息。
其次，基于所獲取的三維數(shù)據(jù)信息，轉(zhuǎn)換為數(shù)控機(jī)床的加工數(shù)據(jù)。利用三維數(shù)控雕 刻機(jī)在銑床里直接加工塑料(或其他材料)的顧客頭部或臉部立體模型。然后，利用三 維數(shù)控彩色噴繪機(jī)，在模型上噴繪頭部或臉部色彩，如黑色的眼睛和紅色的嘴唇等。雕 刻與噴繪也可以通過(guò)本系統(tǒng)專用的"一種三維數(shù)控雕刻噴繪一體化機(jī)"進(jìn)行，"一種三 維數(shù)控雕刻噴繪一體化機(jī)"將另案申請(qǐng)發(fā)明專利。
以上步驟中涉及到的三維數(shù)據(jù),可以通過(guò)軟件算法根據(jù)顧客需要對(duì)相關(guān)頭部或臉部 的形狀與顏色進(jìn)行調(diào)整。這里涉及到的形狀變化等相關(guān)算法已經(jīng)比較成熟，比如著名的
Photoshop、 Morph等軟件中就采取了很多這樣的算法。
最后,將加工成型的顧客頭部或臉部模型，與無(wú)頭或無(wú)臉的專用立體軀干通過(guò)卡槽、 搭扣等聯(lián)接裝置結(jié)合在一起，就完成了真人立體頭像的大頭娃娃。這些可以更換頭部的 立體軀干，在設(shè)計(jì)上可以有著各種身份類型或者夸張姿態(tài)的各種造型，比如踢足球、行 軍、學(xué)習(xí)、舞蹈等。
與現(xiàn)有的大頭貼等達(dá)到即時(shí)平面成像效果的娛樂(lè)攝影系統(tǒng)相比，本發(fā)明所述的一種 真人立體頭像大頭娃娃制作系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法所達(dá)到的效果是立體人像即時(shí)雕刻。傳統(tǒng) 大頭貼，通過(guò)對(duì)人像的即時(shí)平面攝影，結(jié)合各種大頭貼攝影軟件內(nèi)設(shè)的豐富背景與夸張 的造型，達(dá)到娛樂(lè)效果；本發(fā)明所述的一種真人立體頭像大頭娃娃制作系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方 法，通過(guò)對(duì)顧客頭部或臉部的三維數(shù)據(jù)采集，即時(shí)雕刻出頭部或臉部的立體模型，結(jié)合 各種或可愛(ài)或夸張的卡通軀干，制成真人立體頭像大頭娃娃，給人一種親切、逼真可以 全方位觸摸的全新感受，達(dá)到大頭貼等平面即時(shí)成像攝影所不能達(dá)到的娛樂(lè)效果。


圖l是本發(fā)明所述的真人立體頭像大頭娃娃制作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 其中，l為顧客，2三維取像儀，3計(jì)算機(jī)或相關(guān)單片機(jī)，4三維雕刻機(jī)，5材料供 給區(qū)，6三維噴繪機(jī)，7頭臉部模型，8軀干模型區(qū)，9成品區(qū)。
圖2是本發(fā)明所述的真人立體頭像大頭娃娃制作系統(tǒng)的方法流程圖。
其中，IO顧客頭臉部三維掃描，ll頭臉部三維空間數(shù)據(jù)，12顧客個(gè)性化選擇，13 三維機(jī)床加工數(shù)據(jù)，14可削材料供給，15數(shù)控機(jī)床雕刻，16數(shù)控機(jī)床噴繪，17頭臉 部成型，18軀干模型供給，19組裝、檢査與修正，20真人頭像大頭娃娃成品。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述的真人立體頭像大頭娃娃制作系統(tǒng)的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì) 描述，可以更好地理解本發(fā)明的目的、特性和優(yōu)點(diǎn)。
參考圖1，該系統(tǒng)包括采集顧客(1)頭部或臉部三維數(shù)據(jù)信息的立體采像儀(2) 及計(jì)算機(jī)軟件(3)，接受三維數(shù)據(jù)信息并對(duì)可削材料供給區(qū)(4)的頭臉部毛坯進(jìn)行雕 刻的三維控雕刻機(jī)(5)，接受計(jì)算機(jī)傳來(lái)的三維數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行噴繪的三維數(shù)控噴繪機(jī) (6)，以及可以與雕刻完畢的頭臉部模型(7)進(jìn)行結(jié)合的各種身體軀干模型(8)，以及組合真人立體頭像大頭娃娃的成品模型區(qū)(9)。該系統(tǒng)既可以如同平面大頭貼一樣將 所有設(shè)備安裝在一個(gè)框架內(nèi)，也可以將取像設(shè)備、雕刻設(shè)備等分開(kāi)實(shí)現(xiàn)。
參考圖2描述本發(fā)明所述的一種真人立體頭像大頭娃娃制作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法-首先，利用激光三維取像技術(shù)提取顧客頭部三維數(shù)據(jù)信息，也就是顧客頭臉部三維 掃描(10)。三維取像技術(shù)可以采取本發(fā)明人的發(fā)明專利"三維人像速成制作方法"(專 利號(hào)94103620)及其軟件，這些三維數(shù)據(jù)信息包括顧客頭部的三維的幾何空間位置信 息與表面顏色信息。其掃描臉部的范圍不小于90。，掃描時(shí)間在2分鐘以下。
然后，將三維頭臉部數(shù)據(jù)形成3D數(shù)字圖像，也就是頭臉部三維空間數(shù)據(jù)(11)。再 根據(jù)顧客的個(gè)性化選擇或需求(12)，利用Photosh叩Worph等專業(yè)軟件對(duì)臉部各器官， 如眼睛、鼻子、嘴等進(jìn)行調(diào)整，甚至變換成卡通或漫畫的立體圖像。根據(jù)最終修改好的 顧客臉部3D圖象，通過(guò)既有的AutoCad等數(shù)控軟件將其轉(zhuǎn)化為數(shù)控加工數(shù)據(jù)(13)。
其次，基于所獲取的三維數(shù)據(jù)信息，利用三維數(shù)控雕刻機(jī)雕刻(15)，也就是在銑 床里直接加工塑料或其他可削材料(14)的顧客頭部或臉部立體模型。數(shù)控機(jī)床上裝上 臉模專用卡具，其中的臉模毛坯材料為金屬或非金屬可切削材料(14)，并被緊固在臉 模專用卡具上。臉模毛坯可有不同大小、各種發(fā)型的頭部毛坯或僅有臉部的臉部毛坯。
數(shù)控設(shè)備工作時(shí)，機(jī)械加工的刀具首先進(jìn)入工作區(qū)域。在受控條件下，短時(shí)間內(nèi)加 工出和顧客臉部相像的立體臉模。機(jī)械加工刀具退出工作區(qū)域后，可以人工檢査成型質(zhì) 量或進(jìn)行手工修正。如果質(zhì)量不存在問(wèn)題后，根據(jù)顧客臉部顏色等數(shù)據(jù)，數(shù)控彩色噴頭 進(jìn)入工作區(qū)域進(jìn)行數(shù)控噴繪(16)，噴繪出顧客有色彩的眼睛、鼻子、嘴、臉和頭發(fā)等。
以上步驟中涉及到的三維數(shù)據(jù)，可以通過(guò)軟件算法根據(jù)顧客需要對(duì)相關(guān)頭部或臉部的 形狀與顏色進(jìn)行調(diào)整。這里涉及到的形狀變化等相關(guān)算法已經(jīng)比較成熟，比如著名的 Photoshop、 Morph等軟件中就采取了很多這樣的算法。
卸下臉模專用卡具或在卡具上直接卸下已是成品的顧客頭臉模型(17)，將這種成品 的頭臉部模型與無(wú)頭或無(wú)臉的軀干模型(18)通過(guò)卡槽、搭扣等聯(lián)接裝置進(jìn)行組裝并做 簡(jiǎn)單的檢査與修正(19)，就完成了真人立體頭像的大頭娃娃成品(20)。
以上所描述的僅僅本發(fā)明的部分應(yīng)用實(shí)例，并不是對(duì)本發(fā)明的局限。根據(jù)本發(fā)明所 公開(kāi)的系統(tǒng)和方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以很容易地設(shè)計(jì)出其他類似的實(shí)施方案。本發(fā) 明的權(quán)利要求書(shū)應(yīng)被視為包含那些不背離本發(fā)明宗旨的類似設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1、一種真人立體頭像大頭娃娃制作系統(tǒng)，其特征在于，所述的系統(tǒng)包括采集頭部或臉部三維數(shù)據(jù)信息的立體采像儀，接受三維數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行雕刻的三維數(shù)控雕刻機(jī)，接受三維數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行噴繪的三維數(shù)控噴繪機(jī)，以及可以與雕刻完畢的頭部或臉部模型進(jìn)行結(jié)合的各種身體軀干模型。
2、 如權(quán)力要求1所述的真人立體頭像大頭娃娃制作系統(tǒng)，其特征在于，所述的立體采像 儀與一臺(tái)用于將采集的三維數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)控機(jī)床加工數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)或單片機(jī)相聯(lián)接。
3、 如權(quán)力要求1所述的真人立體頭像大頭娃娃制作系統(tǒng)，其特征在于，所述的立體采像 儀與一臺(tái)用于將采集的三維數(shù)據(jù)信息根據(jù)客戶個(gè)性化需求進(jìn)行調(diào)整并轉(zhuǎn)換為數(shù)控機(jī)床加工數(shù) 據(jù)的計(jì)算機(jī)或單片機(jī)相聯(lián)接。
4、 如權(quán)力要求l所述的真人立體頭像大頭娃娃制作系統(tǒng)，其特征在于，所述的軀干模型 沒(méi)有頭部或者臉部，軀干模型與臉部模型相互獨(dú)立但是可以聯(lián)接。
5、 如權(quán)力要求1所述的真人立體頭像大頭娃娃制作系統(tǒng)，其特征在于，所述的立體采像 儀，三維數(shù)控雕刻機(jī)，三維數(shù)控噴繪機(jī)可以裝在一個(gè)殼體內(nèi)。
6、 一種真人立體頭像大頭娃娃制作方法，其特征在于，所述的真人立體頭像大頭娃娃制作方法包括以下步驟1) 利用激光三維取像技術(shù)提取顧客頭部或臉部三維數(shù)據(jù)信息，這些三維數(shù)據(jù)信息包括顧 客頭部的三維的幾何空間位置信息與表面顏色信息。2) 基于所獲取的三維數(shù)據(jù)信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)或單片機(jī)轉(zhuǎn)換為數(shù)控機(jī)床的加工數(shù)據(jù)。3) 如果客戶有個(gè)性化選擇，則根據(jù)其選擇通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件算法或單片機(jī)調(diào)整三維數(shù)據(jù)信 息，同時(shí)調(diào)整數(shù)控機(jī)床的加工數(shù)據(jù)。4) 根據(jù)加工數(shù)據(jù)，利用三維數(shù)控雕刻機(jī)在頭部或臉部毛坯雕刻出頭部或臉部立體模型， 然后利用三維數(shù)控彩色噴繪機(jī)，在頭部或臉部模型上噴繪頭部或臉部色彩。
7、 如權(quán)力要求6—種真人立體頭像大頭娃娃制作方法，其特征在于，將加工成型的頭部 或臉部模型，與軀干模型通過(guò)卡槽、搭扣等聯(lián)接裝置結(jié)合在一起，從而成為真人立體頭像的 大頭娃娃。
全文摘要
一種真人立體頭像大頭娃娃制作系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，是一種大頭娃娃玩具的即時(shí)制作系統(tǒng)，也就是利用激光三維取像技術(shù)、專用數(shù)控雕刻機(jī)與噴繪機(jī)、卡通身體等制作真人立體頭像的玩具大頭娃娃的即時(shí)制作系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)立體采像儀及其軟件采集顧客頭部或臉部三維數(shù)據(jù)信息，將三維數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換為加工數(shù)據(jù)，然后用三維數(shù)控機(jī)床雕刻頭臉模毛坯材料，再通過(guò)三維數(shù)控噴繪機(jī)噴繪的頭部或臉部色彩，最后將頭部或臉部模型與各種軀干模型結(jié)合，從而獲得了與顧客頭部或臉部特征完全相仿的真人立體頭像大頭娃娃。本發(fā)明可以達(dá)到三維立體頭像即時(shí)雕刻、個(gè)體模型生動(dòng)逼真的娛樂(lè)效果，這是大頭貼等二維平面即時(shí)成像系統(tǒng)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的全新感受。
文檔編號(hào)A63H9/00GK101347680SQ20081015077
公開(kāi)日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2008年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月1日
發(fā)明者晉 徐, 李建利 申請(qǐng)人:晉 徐