本發(fā)明涉及人體模型重建，具體而言涉及數(shù)字化人體皮膚模型的生成方法和生成系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前已經(jīng)存在一些生成數(shù)字化人體皮膚模型的方法，包括皮膚表面重建技術(shù)、皮膚斷層掃描技術(shù)、三維重建技術(shù)等，皮膚表面重建技術(shù)是利用結(jié)構(gòu)光掃描、激光掃描等，獲取皮膚表面的形態(tài)和紋理信息，為皮膚重建提供數(shù)據(jù)支持。直接從真實人體獲取數(shù)據(jù)，能夠較準確地還原真實的人體形態(tài)和細節(jié)?？赡苡捎趻呙柙O(shè)備的限制，無法捕捉到一些細微的部分，如眼球和口腔。皮膚斷層掃描技術(shù)可以獲取皮膚不同層次的斷層圖像，用于分析皮膚內(nèi)部的病理特征和病變情況。三維重建技術(shù)利用獲取的皮膚形態(tài)和紋理信息，建立三維的皮膚模型，以模擬皮膚受到外力作用時的行為和變形，并實現(xiàn)更加精細和個性化的模型調(diào)整。但此算法存在處理數(shù)據(jù)量大、繪制速度慢等不足，且依賴人工干預(yù)，不夠自動化。

2、因此，本申請的目的是進一步改進和完善高度自動化的方法，以提高所生成的數(shù)字化人體皮膚模型的完整性和逼真度。致力于確保所生成的模型更符合實際人體的形態(tài)特征，使其在醫(yī)學、模擬訓練等領(lǐng)域的應(yīng)用更為準確和可靠。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)字化人體皮膚模型重建存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的第一方面提出一種技術(shù)方案，一種數(shù)字化人體皮膚模型的生成方法，包括以下步驟：

2、步驟1、獲得被掃描對象的三維點云數(shù)據(jù)，建立三維人體掃描模型點云數(shù)據(jù)；

3、步驟2、將步驟1獲得的三維人體掃描模型點云數(shù)據(jù)導入到模型數(shù)據(jù)處理模塊中，為修改所述三維人體掃描模型點云數(shù)據(jù)提供操作環(huán)境；

4、步驟3、對導入的三維人體掃描模型點云數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理；

5、步驟4、對優(yōu)化處理后的三維人體掃描模型進行減面處理；

6、步驟5、對減面處理后的三維人體掃描模型進行皮膚紋理添加，得到可以導出為預(yù)定格式的人體皮膚模型；

7、其中，在步驟1中，分兩次對被掃描對象進行掃描，第一次掃描獲得掃描對象表面的三維點云數(shù)據(jù)，第二次掃描獲得被掃描對象細節(jié)部分的三維點云數(shù)據(jù)，并且在對三維人體掃描模型點云數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理之前，將細節(jié)部分的點云數(shù)據(jù)添加到所述三維人體掃描模型點云數(shù)據(jù)中。

8、優(yōu)選的，所述高精度掃描設(shè)備包括12臺深度相機，第一相機位于目標對象的正前方0°位置，第二相機位于目標前方的30°位置，第三相機位于目標對象的左側(cè)90°位置，第四相機位于左后方150°的位置，第五相機位于目標對象的正后方180°位置，第六相機位于目標對象的右后方210°位置，第七相機位于目標對象的右側(cè)270°位置，第八相機位于目標對象的右前方330°位置，第九相機位于目標對象的正上方，第十相機位于目標對象的正下方，第十一相機位于目標對象的左上方位置，第十二相機位于目標對象的右下方位置。

9、優(yōu)選的，在步驟2中，所述模型數(shù)據(jù)處理模塊包括逆向工程軟件，用于將三維掃描數(shù)據(jù)自動生成高精度的數(shù)字模型。

10、優(yōu)選的，在步驟1中，被掃描對象細節(jié)部分包括口腔和眼球部分。

11、優(yōu)選的，在步驟3中，對三維人體掃描模型點云數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理的步驟包括剔除噪聲、填補孔洞和點云封裝；

12、其中，剔除噪聲通過手動刪除的方式將人體模型輪廓以外的數(shù)據(jù)點刪除；

13、其中，填補孔洞根據(jù)人體表面點云數(shù)據(jù)是否連續(xù)對空洞部位進行填補；

14、其中，點云封裝用于將三維人體掃描模型點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維曲面模型。

15、優(yōu)選的，在步驟4中，通過調(diào)整減面強度百分比的方式達到多邊形減面的效果。

16、優(yōu)選的，在步驟5中，通過紋理映射或幾何紋理添加的方式在三維人體掃描模型的表面添加皮膚紋理。

17、本發(fā)明第二方面提出一種技術(shù)方案，一種數(shù)字化人體皮膚模型的生成系統(tǒng)，包括：

18、高精度掃描設(shè)備，用于獲取被掃描對象的三維點云數(shù)據(jù)，并建立三維人體掃描模型點云數(shù)據(jù)；

19、模型數(shù)據(jù)處理模塊，用于儲存和修改被所述高精度掃描設(shè)備導入的三維人體掃描模型數(shù)據(jù)；

20、細節(jié)掃描設(shè)備，用于獲取口腔內(nèi)和眼球的點云數(shù)據(jù)；

21、其中，所述模型數(shù)據(jù)處理模塊包括數(shù)據(jù)優(yōu)化單元、細節(jié)添加單元、面數(shù)優(yōu)化單元、皮膚紋理添加單元和模型導出單元，所述細節(jié)添加單元用于將所述細節(jié)掃描設(shè)備獲取的口腔內(nèi)和眼球的點云數(shù)據(jù)添加到所述三維人體掃描模型點云數(shù)據(jù)中，增加三維人體掃描模型點云數(shù)據(jù)的細節(jié)，所述數(shù)據(jù)優(yōu)化單元用于對所述三維人體掃描模型點云數(shù)據(jù)進行噪聲剔除和點云封裝，使三維人體掃描模型數(shù)據(jù)由三維點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維曲面形態(tài)，所述面數(shù)優(yōu)化單元用于對所述三維曲面形態(tài)的模型面數(shù)進行減面，所述皮膚紋理添加單元用于在三維曲面形態(tài)的模型表面形成皮膚紋理，所述模型導出單元用于將優(yōu)化后的模型導出為預(yù)定格式。

22、優(yōu)選的，所述細節(jié)掃描設(shè)備包括口內(nèi)掃描儀和rgbd深度相機。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

24、更完整和逼真的人體皮膚模型：通過高精度的三維掃描設(shè)備和專業(yè)的三維軟件，本發(fā)明能夠生成更為完整和逼真的數(shù)字化人體皮膚模型。修復了先前方法中由于掃描不完整而導致的缺陷，特別是在眼球和口腔等關(guān)鍵部位的詳細結(jié)構(gòu)獲取上有了顯著的改進。

25、優(yōu)化的面數(shù)和性能：通過面數(shù)優(yōu)化的步驟，本發(fā)明提高了模型的性能和逼真度。減少冗余的面、合并相鄰的面，以及修復破洞等操作，使得生成的數(shù)字化人體皮膚模型更加高效和真實。

26、專門處理眼球和口腔等關(guān)鍵細微部位：本發(fā)明針對眼球和口腔等關(guān)鍵細微部位進行了專門的加固和細節(jié)添加，以確保這些部位的結(jié)構(gòu)和特征得到充分的呈現(xiàn)。這有助于提高模型的生理準確性。

27、靈活的皮膚紋理添加：通過添加皮膚紋理的步驟，本發(fā)明提供了對模型外觀的更靈活的控制。這包括選擇紋理并添加、調(diào)整紋理的位置和大小等操作，使得生成的人體皮膚模型在視覺上更加逼真。

28、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域：由于生成的模型在醫(yī)學模擬、手術(shù)計劃、康復訓練等領(lǐng)域具有高度逼真性，本發(fā)明在醫(yī)學領(lǐng)域和虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域等方面有著廣泛的應(yīng)用潛力。

29、自動化程度高：本發(fā)明在一定程度上減少了對人工干預(yù)的依賴，提高了生成數(shù)字化人體皮膚模型的效率和一致性。

技術(shù)特征：

1.一種數(shù)字化人體皮膚模型的生成方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化人體皮膚模型的生成方法，其特征在于，所述高精度掃描設(shè)備包括12臺深度相機，第一相機位于目標對象的正前方0°位置，第二相機位于目標前方的30°位置，第三相機位于目標對象的左側(cè)90°位置，第四相機位于左后方150°的位置，第五相機位于目標對象的正后方180°位置，第六相機位于目標對象的右后方210°位置，第七相機位于目標對象的右側(cè)270°位置，第八相機位于目標對象的右前方330°位置，第九相機位于目標對象的正上方，第十相機位于目標對象的正下方，第十一相機位于目標對象的左上方位置，第十二相機位于目標對象的右下方位置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化人體皮膚模型的生成方法，其特征在于，在步驟2中，所述模型數(shù)據(jù)處理模塊包括逆向工程軟件，用于將三維掃描數(shù)據(jù)自動生成高精度的數(shù)字模型。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化人體皮膚模型的生成方法，其特征在于，在步驟1中，被掃描對象細節(jié)部分包括口腔和眼球部分。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化人體皮膚模型的生成方法，其特征在于，在步驟3中，對三維人體掃描模型點云數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理的步驟包括剔除噪聲、填補孔洞和點云封裝；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化人體皮膚模型的生成方法，其特征在于，在步驟4中，通過調(diào)整減面強度百分比的方式達到多邊形減面的效果。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化人體皮膚模型的生成方法，其特征在于，在步驟5中，通過紋理映射或幾何紋理添加的方式在三維人體掃描模型的表面添加皮膚紋理。

8.一種數(shù)字化人體皮膚模型的生成系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的數(shù)字化人體皮膚模型的生成系統(tǒng)，其特征在于，所述細節(jié)掃描設(shè)備包括口內(nèi)掃描儀和rgbd深度相機。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及人體模型重建技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及數(shù)字化人體皮膚模型的生成方法和生成系統(tǒng)，包括以下步驟：步驟1、獲得被掃描對象的三維點云數(shù)據(jù)，建立三維人體掃描模型點云數(shù)據(jù)；步驟2、將步驟1獲得的三維人體掃描模型點云數(shù)據(jù)導入到模型數(shù)據(jù)處理模塊中，為修改所述三維人體掃描模型點云數(shù)據(jù)提供操作環(huán)境。本發(fā)明通過高精度的三維掃描設(shè)備和專業(yè)的三維軟件，本發(fā)明能夠生成更為完整和逼真的數(shù)字化人體皮膚模型。修復了先前方法中由于掃描不完整而導致的缺陷，特別是在眼球和口腔等關(guān)鍵部位的詳細結(jié)構(gòu)獲取上有了顯著的改進。優(yōu)化的面數(shù)和性能：通過面數(shù)優(yōu)化的步驟，本發(fā)明提高了模型的性能和逼真度。

技術(shù)研發(fā)人員：寧光,畢宇芳,林靖生,曹青
受保護的技術(shù)使用者：上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2