置Pi_temp=Pi+t(SPi)δ; 步驟（Α2. 3)、通過(guò)移動(dòng)最小二乘法MLS函數(shù)求得在點(diǎn)云Ρ表面上對(duì)應(yīng)的新點(diǎn)Ρ MLS=MLS(pP)； 步驟（A2. 4)、通過(guò)二維發(fā)絲段修正函數(shù)對(duì)PiMLS進(jìn)行可靠的二維發(fā)絲段修正，得到修正 后的點(diǎn)Pi_2DCDrr，修正函數(shù)定義為Pi_2DCDu=Tra2DCorr(P LMLS，Vj，S2D)，其中，Vj為所有標(biāo)定 的多視點(diǎn)圖像，S2D為所有生成的可靠二維發(fā)絲段，其處理過(guò)程為：對(duì)于輸入點(diǎn)PiMW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(diǎn)，則為可靠的生長(zhǎng)點(diǎn)， Pi_2DCwr= P i_MLS，否則通過(guò)最小化能量函數(shù)進(jìn)行修正，V.j表示第j個(gè) 視點(diǎn)圖像，圖像V，的投影矩陣為％,，命，通過(guò)公式("vV命/ =始,,知，私.、'3/來(lái) 求得，其中（Xi，X2，X3)是PijiLs對(duì)應(yīng)的Ξ維空間點(diǎn)，風(fēng)5是S2D上距離二維投影點(diǎn)(咕,，吟,）在闊 值0. 1mm內(nèi)的最近點(diǎn)，最終修正后的點(diǎn)為步驟（A2.W、對(duì)Pi2dcdJ吏用最小二乘法MLS函數(shù)得到最終的點(diǎn)P1。。。1 =MLS(Pi_2dc。。，巧，若滿足W下兩條件，則Pymal終止生長(zhǎng)：1)l〇(Pi_W) · 〇如）1<〇.9,點(diǎn)云P 中點(diǎn)Pyinal和點(diǎn)P1處的方向〇(Pyinai)和〇如）不兼容，表 示點(diǎn)云P中點(diǎn)處周圍點(diǎn)的數(shù)量；否則將點(diǎn)加入到Ξ維發(fā)絲段S中，繼續(xù)生長(zhǎng)新 點(diǎn)，直到滿足終止條件； 步驟（A3)、將生成的Ξ維發(fā)絲段S進(jìn)行平滑操作，并將平滑后的S添加到Ξ維發(fā)絲段頭 發(fā)模型S3D中，同時(shí)將種子點(diǎn)SPi從怯PJ移除； 步驟（A4)、重復(fù)步驟（A。（A3)，直到怯Pi}中所有種子點(diǎn)都被移除為止； 步驟（A5)、對(duì)生成的Ξ維發(fā)絲段頭發(fā)模型S3D進(jìn)行方向一致性計(jì)算，使得每根發(fā)絲S的 方向都是沿重力方向生長(zhǎng)，同時(shí)沿遠(yuǎn)離頭皮方向生長(zhǎng)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于多方向場(chǎng)的逼真的靜態(tài)頭發(fā)建模方法，其特征在于： 所述第2階段的步驟（1)中求解多個(gè)方向場(chǎng)的方法包括W下步驟： 步驟度1)、由頭發(fā)點(diǎn)云數(shù)據(jù)P求解頭發(fā)區(qū)域邊界盒，并將其離散化為Ξ維規(guī)則化網(wǎng)格， 網(wǎng)格分辨率設(shè)置為2mm; 步驟度2)、將Ξ維發(fā)絲段頭發(fā)模型S3D映射到規(guī)則化網(wǎng)格上，構(gòu)建內(nèi)部方向場(chǎng)ν，Ξ維 發(fā)絲經(jīng)過(guò)的網(wǎng)格點(diǎn)處的方向由發(fā)絲上該點(diǎn)的切線方向確定，沒(méi)有Ξ維發(fā)絲經(jīng)過(guò)的網(wǎng)格點(diǎn)的 方向通過(guò)熱擴(kuò)散方程確定，已知方向的網(wǎng)格點(diǎn)作為邊界約束，V =vyT，V是網(wǎng)格點(diǎn)處的方向； 步驟度3)、根據(jù)局部相似性由Ξ維發(fā)絲段頭發(fā)模型S3D得到保留頭發(fā)局部結(jié)構(gòu)的發(fā)絲 帶Ribbon,在進(jìn)行方向一致性求解后將帶方向的化化on映射到規(guī)則化網(wǎng)格上，構(gòu)建表面結(jié) 構(gòu)方向場(chǎng)Sdu，同步驟度2)，有發(fā)絲帶通過(guò)的網(wǎng)格點(diǎn)處的方向由發(fā)絲帶上該點(diǎn)的切線方向確 定，其余未知點(diǎn)則通過(guò)求解熱擴(kuò)散方程求得； 步驟度4)、在Ξ維規(guī)則化網(wǎng)格內(nèi)部求解內(nèi)部距離場(chǎng)I，頭皮表面經(jīng)過(guò)的網(wǎng)格點(diǎn)值為0，Ξ維發(fā)絲段頭發(fā)模型S3D經(jīng)過(guò)的網(wǎng)格點(diǎn)值為1，網(wǎng)格邊界上點(diǎn)的值為該網(wǎng)格點(diǎn)到Ξ維發(fā)絲 段頭發(fā)模型S3D上最近發(fā)絲點(diǎn)的距離加上1，其余點(diǎn)的方向通過(guò)熱擴(kuò)散方程求得。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于多方向場(chǎng)的逼真的靜態(tài)頭發(fā)建模方法，其特征在于： 所述第2階段的步驟（2)中保留結(jié)構(gòu)的方向場(chǎng)規(guī)則化方法包括W下步驟： 步驟（C1)、將步驟B2中得到的頭發(fā)內(nèi)部方向場(chǎng)V每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)處的方向V通過(guò)結(jié)構(gòu)張 量乘積V=v/求得，對(duì)稱矩陣V(V，V，V分別表示不同的含義，V表示矢量場(chǎng)，比如方向場(chǎng)， 都是用大寫黑體斜體表示，一般的矢量用小寫黑體表示，比如方向V ;大寫黑體用于表示矩 陣，比如VW及V。）的最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量仍是網(wǎng)格點(diǎn)處的方向V; 步驟（C2)、將步驟C1中得到的V通過(guò)球面Ξ維高斯核Κ(σ)進(jìn)行卷積得到V。二:￥絕Κ巧，入入2>入3是V。對(duì)應(yīng)的由大到小巧咧的特征值，其均值為定義規(guī)貝1J 化映射為m可W體現(xiàn)所期望的結(jié)構(gòu)； 步驟（C3)、定義規(guī)則化擴(kuò)散矩陣為，μι(?= 1，2, 3)決定了沿著Ui(i= 1，2, 3)擴(kuò)散的平滑程度； 步驟（C4)、根據(jù)步驟（C3)得到的規(guī)則化擴(kuò)散矩陣D，更新結(jié)構(gòu)張量V中的每一個(gè)分量 值為，;其中i= 1. .. 9,V對(duì)應(yīng)最大特征值的特征向量V為規(guī)則化網(wǎng)格上每 個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)處的最終方向。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于多方向場(chǎng)的逼真的靜態(tài)頭發(fā)建模方法，其特征在于： 所述第3階段的步驟（1)中使用構(gòu)建形狀分布的方法生成逼真的發(fā)根，具體為：首先，手動(dòng) 選定頭發(fā)區(qū)域并計(jì)算每個(gè)Ξ角面片對(duì)應(yīng)的面積和頭發(fā)生長(zhǎng)區(qū)域的總面積；其次在每個(gè)Ξ角 面片上按面積比例生成均勻分布的發(fā)根；最后對(duì)生成的發(fā)根賦予發(fā)根生長(zhǎng)方向，最終獲得 逼真的發(fā)根。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于多方向場(chǎng)的逼真的靜態(tài)頭發(fā)建模方法，其特征在于： 所述第3階段的步驟（2)中使用保留結(jié)構(gòu)的方向場(chǎng)和頭發(fā)模型結(jié)構(gòu)約束，構(gòu)建發(fā)絲生長(zhǎng)規(guī) 貝1J，逐點(diǎn)生長(zhǎng)發(fā)絲包括W下步驟： 步驟巧1)、將步驟度3)得到的保留頭發(fā)局部結(jié)構(gòu)的發(fā)絲帶化化on轉(zhuǎn)化為發(fā)絲束Wisp,再將發(fā)絲束Wisp轉(zhuǎn)化為非連接到頭皮的頭發(fā)段NAS，NAS能夠保留頭發(fā)的局部結(jié)構(gòu)； 步驟脫）、每根發(fā)絲段S=如，P2,. . .，P。}是由Ξ維空間中一系列連續(xù) 的點(diǎn)連接而成，P康示發(fā)根點(diǎn)，對(duì)于每一個(gè)新生長(zhǎng)的點(diǎn)P1，其新位置由公式?jīng)Q定，其中，Pii是頭發(fā)段 S上Pi的前一個(gè)點(diǎn)的位置，V(p1 1)和1如1)分別表示在點(diǎn)Pi1處的內(nèi)部方向場(chǎng)值和內(nèi)部 距離場(chǎng)值，▽(八/，,I?表示在點(diǎn)Pi1處的距離場(chǎng)梯度值，〇,?(Ρι1)表示在發(fā)絲段S上位置 Pii處的生長(zhǎng)方向，S上第一個(gè)點(diǎn)的生長(zhǎng)方向由發(fā)根方向決定，S上其余點(diǎn)處的生長(zhǎng)方向由 如i-Pi2)來(lái)決定，Sdu(Pi1)是頭發(fā)表面上距離點(diǎn)Pi1處距離最近的表面結(jié)構(gòu)方向場(chǎng)處的 值，〇1，α2,α3,α4是分別對(duì)應(yīng)于各個(gè)受約束方向的權(quán)重，重復(fù)生長(zhǎng)新點(diǎn)，直至S達(dá)到最大 長(zhǎng)度或新點(diǎn)Pi超出頭發(fā)區(qū)域?yàn)橹梗? 步驟巧3)、為保留外部頭發(fā)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，在得到新點(diǎn)Pi之后，從NAS中查找距離P1最 近的點(diǎn)q，若滿足W下兩個(gè)條件ωI|Pi-q||<Am) -(U^q)Ι〉Τ。，則將q所在頭 發(fā)段中q點(diǎn)及其W后的所有的點(diǎn)都加入到新生長(zhǎng)的頭發(fā)段S中，Δ和Τ。是闊值，分別設(shè)為Δ二 0. 2mm，Τ。二 0. 7 ; 步驟巧4)、重復(fù)步驟巧2)巧3)，直到從發(fā)根生長(zhǎng)的所有頭發(fā)都達(dá)到終止條件為止。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于多方向場(chǎng)的逼真的靜態(tài)頭發(fā)建模方法，其特征在于： 所述第3階段的步驟（3)中為生成逼真的Ξ維發(fā)絲頭發(fā)模型，對(duì)頭發(fā)模型進(jìn)行能量?jī)?yōu)化的 步驟W下：對(duì)生成的頭發(fā)模型中的每一根發(fā)絲，分別構(gòu)建規(guī)則化能量項(xiàng)Ef。,、方向一致能量 項(xiàng)E"t、鄰居能量項(xiàng)E。,郝平滑能量項(xiàng)E,mth，總的能量項(xiàng)Etutai由四者加權(quán)累加得到，E,。,。1 = 曰reAeg+αortE〇rt+α帕心1+日smthEsmth，αreg，αort，αnei，αsmth是分別對(duì)應(yīng)于各能量項(xiàng)的權(quán)值， 根據(jù)對(duì)總能量的貢獻(xiàn)程度分別設(shè)置為Qag= 0. 1，α2,α。。1= 5,αsmth= 10,最后使 用最小二乘法求解此能量最優(yōu)化問(wèn)題。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于多方向場(chǎng)的逼真的靜態(tài)頭發(fā)建模方法，分為3個(gè)階段：第1階段從采集的多視點(diǎn)頭發(fā)圖像出發(fā)，首先得到可靠的二維發(fā)絲段和頭發(fā)點(diǎn)云模型，再生成帶方向的三維發(fā)絲段頭發(fā)模型；第2階段，根據(jù)第1階段的結(jié)果進(jìn)行方向場(chǎng)求解及保留結(jié)構(gòu)的方向場(chǎng)規(guī)則化；第3階段，構(gòu)建基于多方向場(chǎng)的靜態(tài)頭發(fā)模型，該階段分為3個(gè)步驟，分別為生成逼真的發(fā)根、構(gòu)建發(fā)絲生長(zhǎng)規(guī)則和優(yōu)化三維發(fā)絲頭發(fā)模型。本發(fā)明相比其他基于多視點(diǎn)圖像的頭發(fā)建模方法，既能從外表上保留頭發(fā)的結(jié)構(gòu)，逼近采集數(shù)據(jù)，又能使內(nèi)部發(fā)絲的生長(zhǎng)分布更加真實(shí)可靠。
【IPC分類】G06T17/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105405163
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511001101
【發(fā)明人】包永堂, 齊越
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年12月28日