頭發(fā)模型中，使用了可靠的二維發(fā)絲段作為約束生 長條件，提高了發(fā)絲逐點生長的準確程度，保證得到的三維發(fā)絲段頭發(fā)模型與采集的頭發(fā) 圖像更加相似。
[0019] (2)本發(fā)明從帶方向的三維發(fā)絲段頭發(fā)模型生成多個方向場，并對內(nèi)部方向場使 用保留結構的方向場規(guī)則化，保證發(fā)型內(nèi)部發(fā)絲分布均勻，發(fā)絲的生長方向連續(xù)，同時能夠 保持發(fā)型外部結構。
[0020] (3)本發(fā)明在構建基于多方向場的靜態(tài)頭發(fā)模型中，從均勻分布的發(fā)根出發(fā)，逐點 生長發(fā)絲，并對最終發(fā)絲模型進行基于發(fā)絲的能量優(yōu)化，使得構建的頭發(fā)模型更加真實
[0021] 總之，本發(fā)明既能獲得準確的三維發(fā)絲段頭發(fā)模型，又能保證最終頭發(fā)模型的發(fā) 根及內(nèi)部發(fā)絲分布符合物理直覺，同時還能夠保持頭發(fā)的外部結構，得到更加真實的三維 頭發(fā)模型。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明一種基于多方向場的逼真的靜態(tài)頭發(fā)建模方法流程圖；
[0023] 圖2是本發(fā)明生成三維發(fā)絲段頭發(fā)模型結果圖；
[0024] 圖3是本發(fā)明生成均勻分布的發(fā)根示意圖；
[0025] 圖4是本發(fā)明針對不同發(fā)型的三維重建效果圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖與實例對本發(fā)明作進一步詳細描述：
[0027] 如圖1所示，本發(fā)明的具體步驟如下（虛線框內(nèi)步驟為已有技術）：
[0028] 1、從標定后拍攝的多視點圖像出發(fā)生成帶方向的三維發(fā)絲段頭發(fā)模型。
[0029] 首先利用已有技術對每一視點下的二維圖像求解其方向場，再利用二維發(fā)絲段追 蹤算法求得可靠的二維發(fā)絲段S2D，方向場由32個對稱的Gabor核函數(shù)構成，方向Θ在 [0,π]間均勻分布：
[0031] 在上述核函數(shù)中，u、v分別表示在單幅圖像中橫向和豎向上的像素位置，本方法使 用的參數(shù)值為σu=σv= 2,λ= 3。
[0032] 其次，利用PMVS(Patch-basedMulti-ViewStereo)算法生成初始頭發(fā)點云數(shù)據(jù)， 再結合每一視點對應的二維方向場和各個視點的標定信息，求解頭發(fā)點云數(shù)據(jù)中各個點的 方向，形成帶方向的頭發(fā)點云數(shù)據(jù)P。
[0033] 最后，利用發(fā)絲段生成算法生成三維發(fā)絲段頭發(fā)模型，生成的三維發(fā)絲段頭發(fā)模 型結果如圖2所示，該方法包括以下子步驟：
[0034] 1. 1生成種子點{SPJ
[0035] 從PMVS算法生成的頭發(fā)點云P中選取可信度大于某一閾值（如0.5)的點組合生 成三維發(fā)絲段頭發(fā)模型的種子點{SPJ，并將種子點按可信度由大到小排序。
[0036] 1. 2從一個種子點出發(fā)，追蹤出一段三維發(fā)絲段S
[0037] 三維發(fā)絲段S是由三維空間中一系列的點{Pl，p2，...，pn}連接而成，通過如下追 蹤操作生成一條三維發(fā)絲段上的點：1)對于一個種子點SPi，首先求得該種子點處的頭發(fā)生 長方向USPJ=iCKSPj，（KSPJ為頭發(fā)點云P中5?1處的三維方向場；2)對于發(fā)絲段s中每一步生長的新點Pi，當生長步長是δ(δ= 1.0mm)時，求得臨時新點的位置 pfUSPjδ;3)通過移動最小二乘法MLS函數(shù)求得Pl-t卿在點云P表面上對應的新點Pl-MLS =MLS(Pl__P) ;4)通過二維發(fā)絲段修正函數(shù)對p1JLS進行可靠的二維發(fā)絲段修正，得到修 正后的點，修正函數(shù)定義為PutofTra2DCorr(p1Jts，V;，S2D)，其中，V;為所有標定 的多視點圖像，S2D為所有生成的可靠二維發(fā)絲段，其處理過程為：對于輸入點p1JLS，首先 將其投影到所有的 '中，若在可靠的二維發(fā)絲段S2D中能夠找到該點，則為可靠的生長點，
視點圖像，圖像Vj的投影矩陣為％通過公式來 求得，其中（Χι,Χ2，Χ；3)是Pi_Mts對應的二維空間點，R是S2D上距尚二維投影點(ΜΓ,，νΓ,)在 閾值0. 1mm內(nèi)的最近點，最終修正后的點為5)對pl2DCmT使用 移動最小二乘法MLS函數(shù)得到最終的點plfinal=MLS(pl2DtoT，P)，若滿足以下兩條件，則Pl_ ^終止生長：1)|〇(Plfinal) ·〇(Pl) I<〇·9,點云P中點plfinal和點p屬的方向 0(plfinal) 和〇(Pi)不兼容，2) |#(凡_>";)|<5，表示點云p中點Pi_final處周圍點的數(shù)量；否 貝1J將點Pumjjp入到三維發(fā)絲段S中，繼續(xù)生長新點，直到滿足終止條件；6)將生成的三維 發(fā)絲段S進行平滑操作，并將平滑后的S添加到三維發(fā)絲段頭發(fā)模型S3D中，同時將種子點 SPiW{SPJ移除。
[0038] 1.3方向一致性計算
[0039] 重復步驟1. 2,直到{SPJ中所有種子點都被移除為止。最后對生成的三維發(fā)絲段 頭發(fā)模型S3D進行方向一致性計算，使得每根發(fā)絲S的方向都是沿重力方向生長，同時沿遠 離頭皮方向生長，對每根發(fā)絲定義發(fā)絲能量如公式（1)所示：
[0040] E(S) =H(S〇) ^(8^+013(80)-013(Sj) (1)
[0041] 公式⑴中，S。和S汾別對應長度為1的發(fā)絲S上第1個位置處的點和第1個位 置處的點，Η是一個深度函數(shù)，對于發(fā)絲S上的一點p，其深度能量為H(p)=p 發(fā)絲上從發(fā)根到發(fā)梢的一個參考方向，Dis(p)表示發(fā)絲S上點p到最近發(fā)根點的距離。當 發(fā)絲能量E(S)小于等于0時，表示發(fā)絲S上點是從發(fā)根到發(fā)梢排列，當發(fā)絲能量E(S)大于 〇時，需要將發(fā)絲S上的點進行反向重排列，確保所有發(fā)絲的方向都是由發(fā)根到發(fā)梢排列。
[0042] 2、求解多個方向場
[0043] 由頭發(fā)點云數(shù)據(jù)得到三維規(guī)則化網(wǎng)格，再將三維發(fā)絲段頭發(fā)模型映射到規(guī)則化網(wǎng) 格上，由熱擴散方程得到內(nèi)部方向場，同時求解內(nèi)部距離場和表面結構方向場，步驟如下：
[0044] 第一步，由頭發(fā)點云數(shù)據(jù)P求解頭發(fā)區(qū)域邊界盒，并將其離散化為三維規(guī)則化網(wǎng) 格，網(wǎng)格分辨率設置為2mm;
[0045]第二步，將三維發(fā)絲段頭發(fā)模型S3D映射到規(guī)則化網(wǎng)格上，構建內(nèi)部方向場V，三 維發(fā)絲經(jīng)過的網(wǎng)格點處的方向由發(fā)絲上該點的切線方向確定，沒有三維發(fā)絲經(jīng)過的網(wǎng)格點 的方向通過熱擴散方程
已知方向的網(wǎng)格點作為邊界約束， V=vvT，v是網(wǎng)格點處的方向；
[0046] 第三步，從三維發(fā)絲段頭發(fā)模型S3D出發(fā)，根據(jù)現(xiàn)有方法生成保留頭發(fā)局部結構 的發(fā)絲帶子Ribbon，在進行方向一致性求解后將帶方向的Ribbon映射到規(guī)則化網(wǎng)格上，構 建表面結構方向場S&，有發(fā)絲帶Ribbon通過的網(wǎng)格點處的方向由發(fā)絲帶上該點的切線方 向確定，其余未知點通過求解熱擴散方程求得；
[0047] 第四步，在三維規(guī)則化網(wǎng)格內(nèi)部求解內(nèi)部距離場I，在頭皮表面經(jīng)過的網(wǎng)格點值為 0,三維發(fā)絲段頭發(fā)模型S3D經(jīng)過的網(wǎng)格點值為1，網(wǎng)格邊界上點的值為該網(wǎng)格點到三維發(fā) 絲段頭發(fā)模型S3D上最近發(fā)絲點的距離加上1，其余點的方向通過熱擴散方程求得。
[0048] 3、保留結構的方向場規(guī)則化
[0049] 保留結構的方向場規(guī)則化主要是對內(nèi)部方向場V進行規(guī)則化映射，使得在內(nèi)部距 離場I值為1處外部結構能夠保留，在內(nèi)部距離場I中值小于1處的內(nèi)部頭發(fā)平滑，步驟如 下：
[0050] 第一步，首先對頭發(fā)內(nèi)部方向場V每個網(wǎng)格點處的方向v轉化為結構張量V=νντ， 則對稱矩陣V的最大特征值對應的特征向量仍是網(wǎng)格點處的方向ν;
[0051] 第二步，將第一步中得到的V通過球面三維高斯核K(〇)進行卷積得到 = λ2多λ3是乂。對應的由大到小排列的特征值，其均值為瓦.，定義規(guī)則
可以體現(xiàn)所期望的結構；
[0052] 第三步，定義規(guī)則化擴散矩陣為
1，2, 3)決定了沿著Ul(i= 1，2, 3)擴散的平滑程度；
[0053] 第四步，根據(jù)第三步得到的規(guī)則化擴散矩陣D，更新結構張量V中的每一個分量值
:，V對應最大特征