人像浮雕几何建模研究

Relief is an artistic form between 2D portrait image and 3D sculpture. Despite the limited space, relief shows impression of 3D shape under illumination. Since ancient times, examples of reliefs could be found in a variety of media such as coins, housewares and decorations. The gist of relief modeling is how to construct the level of the height field and preserve the geometrical details. In this project, we study the fine modeling of the portrait relief. We wish to develop new theories and methods to help the design of the portrait relief. First, we will learn how to construct the levels the height field during traditional portrait relief making, and try to build a feature-points-based parametric model. Then, taking RGB-D images, 3D models and 2.5D bas-reliefs as inputs, we aim at establishing a region-based framework to generate portrait relief with sensible geometrical details. The project has significant academic and practical meanings. The subspace shifting among 2D image, porcelain relief and 3D model provides new ideas for geometric modeling. Moreover, fine modeling with variable media as inputs helps to enrich the ways of design and improve the efficiency of the porcelain relief making.

浮雕是介于2D肖像和3D雕塑之间的一种艺术形式，通过凸凹起伏和光影变化塑造空间感，在硬币奖章、家用器皿、建筑装潢等领域有广泛应用。浮雕建模的关键在于如何设定高度场层次结构，以及如何保持细节特征显著度。本课题以人像浮雕为切入点，研究人像浮雕精细几何建模问题，在提出新的建模理论和算法的同时，为人像浮雕设计提供有效方法和技术。课题分四个部分，首先挖掘人像浮雕高度层次设计特征，建立特征点参数化模型，然后分别以RGB-D图像、3D人像模型和2.5D浅浮雕为输入，研究分区域生成精细人像浮雕的建模方法。从几何建模的角度，以人像浮雕为中间对象，研究从二维图像到三维模型之间的若干子空间转换问题，对于创新几何建模理论和方法具有重要意义。从工程应用的角度，研究以不同素材为输入的精细人像浮雕建模方法，对于丰富人像浮雕设计手段、提升人像浮雕设计质量和效率具有重要工程意义。

浮雕在建筑装潢和工艺品设计领域应用广泛，传统基于软件操作的浮雕建模方法需要大量手工交互，设计效率低。为了提高浮雕设计效率，丰富浮雕设计手段，课题以人像浮雕为研究对象，对浮雕高度场几何变换的理论问题和关键技术进行了深入研究，主要内容包括：3D模型到2.5D高度场几何变换、3D模型到3D人像高浮雕几何变换、2D图像到2.5D高度场几何重构、2.5D高度场到3D模型几何重构、2.5D浮雕模型细节恢复和智能浮雕几何建模。课题在细节保持的高度场压缩、几何细节分解与合成、浮雕头部姿态及表情编辑、基于模板的特征匹配和高度优化、高度场位图精度恢复、智能高度场重建等方面取得了原创性成果，开发了一系列创新算法，构造了大型人像浮雕数据集。.高度几何变换是计算机图形学领域的热点问题，课题以人像浮雕为研究对象，对浮雕建模的若干关键问题进行研究，不仅为几何变换提供了新理论和新方法，同时为浮雕快速生成提供了技术支持，具有重要的工程应用价值。