專利名稱：掃描分解法雕刻立體人像及其設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種雕刻立體人像的方法及其設備，特別是一種利用掃描分解雕刻立體人像的方法及其設備。用這種方法及其設備可以為現(xiàn)有任何人塑像。
因為代表人體面貌特征的主要部分是人的頭部，所以這里僅以頭部雕塑為例說明本發(fā)明的原理，本發(fā)明是以下述方式完成的按照給地球劃分經(jīng)度和緯度的方法給人的頭部畫出經(jīng)緯度，假設站立的人體中心有一條垂直于地平面的中心軸線貫串上下，以這條軸線為中心，在人體表面按不同經(jīng)度和緯度分布了許多經(jīng)線和緯線，與地平面平行圍繞在人體表面的環(huán)狀線為緯線，與中心軸線的兩頭相交，在人體表面呈縱向的線為經(jīng)線，這樣人體表面上的每個點都有其相應的經(jīng)緯度。本發(fā)明的方法有兩種1、分解經(jīng)線雕刻法雕刻立體人像，2、分解緯線雕刻法雕刻立體人像，這里先介紹第一種方法。用掃描光線圍繞人體掃描一周，在頭部360度經(jīng)度內(nèi)分解出720條緊密分布的附著在人體表面上的經(jīng)線光線，由于入的面部凹凸不平，所以附著在人體表面的每條經(jīng)線光線相對于中心軸線都是高低不平的曲線，正如地球一樣，同一經(jīng)度上緯度不同的地方既可能有高山和狹谷，又可能有丘陵和平原，人的面貌如胖瘦、美丑、喜怒哀樂的表情，五官的大小和位置等都被分解在這些相對于中心軸線高低不平的經(jīng)線上。用攝像機拍攝記錄下每條經(jīng)線上不同緯度的每個點的高度，并送給計算機處理，計算機把這些經(jīng)線逐條播放，把每條經(jīng)線上不同緯度的每個點的高度，轉換成相應的指令，指示機械刻刀在圓柱狀坯料的某一經(jīng)度上，雕刻出深淺不等的含有人體面貌信息的經(jīng)線。像這樣，在與人體相對應的經(jīng)度上，逐條雕刻出掃描得到的相應的經(jīng)線，圓柱狀坯料就會被雕刻成一尊與被雕塑者面貌相同的立體像。掃描的經(jīng)線越細，得到的經(jīng)線越多，雕刻出的像也就越逼真。
與現(xiàn)有技有技相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點1、用電子計算機指揮機械刻刀雕刻立體人像省時、省力。2、雕刻出的像與本人相比失真小。3、掃描記錄時間較短，面部不受定型膠的壓迫，被雕塑者可以充分展示自己的精神面貌，并可以真實再現(xiàn)。4、能夠很容易雕刻出不同尺寸的立體像。5、可以用本發(fā)明的方法和設備對已有的塑像和泥塑稿件等進行復制、放大或縮小。6、對操作人員技術要求低，對快速普及有利。7、塑像成本低，使普通消費者也可以很容易為自己塑像。


圖1、2、3是掃描光線在人體面部成像經(jīng)線的示意圖。
圖4是攝像機拍攝記錄經(jīng)線圖像的俯視圖。
圖5是四組掃描拍攝裝置同時工作的俯視圖。
圖6是對經(jīng)線進雕刻的機械設備結構示意圖。
圖7是計算機用座標對每條經(jīng)線處理的示意圖。
圖8是掃描光源對人體進行緯線分解俯視圖。
圖9是四架攝像機分別拍攝的緯線又合成在坐標里的緯線圖像。
圖10是對緯線進行雕刻的機械設備結構示意圖。
參照圖4，用攝像機[7]對著光線平面[4]拍攝，就可以把經(jīng)線上不同緯度的每個點到中心軸線[3]之間的距離(即高度)拍攝記錄下來，但有些經(jīng)線上凹陷的部分如面部皺紋的溝底部位是不能拍到的，解決這個問題的方法是，攝像機[7]采用廣角鏡頭，讓經(jīng)線成像在所拍畫面的邊緣部分，如圖4所示，使進入攝像機[7]的反射光線與光線平面[4]形成的夾角[α]小于90度，最好在30度至60度之間，這樣面部凹陷的部分也可以拍攝到。
掃描光源[1]照射在中心軸[2]上的光線與經(jīng)線一起被拍攝下來，以此作為高度的基準，就象以海平面為基準測量地面高度一樣。
按照上述拍攝方法，攝像機[7]與掃描光源[1]圍繞人體頭部同步勻速轉動一周，在人體表面被分解出720條經(jīng)線，每條經(jīng)線占360度線度的0.5度。由于掃描記錄需要一定的時間，時間越長人的身體就會越不穩(wěn)定，這樣雕刻出的立體像就會失真，可以在頭部后面加一個椅靠加以解決(圖中未畫出)，同時應盡量縮短掃描記錄時間，可用多組掃描光源和攝像機間隔一定角度同時工作，如圖5，[A7]、[B7]、[C7]、[D7]是四架攝像機，[A1]、[B1]、[C1]、[D1]是與攝像機對應的四個掃描光源，它們順時針同步轉動90度，就可以完成全部掃描記錄過程。由于人的鼻子相對于面部的其它地方特別突出，特別是西方人，當經(jīng)線在鼻子一邊而攝像機在鼻子的另一邊時，經(jīng)線中的一部分會被高聳的鼻子擋住，為了解決這個問題，以面部正中為界，攝像機[A7]置于掃描光源[A1]的前面，記錄從[A1]到[B1]之間的經(jīng)線，而攝像機[D7]置于掃描光源[D1]的后面，記錄從[D1]到[A1]的經(jīng)線，這樣鼻子兩邊的經(jīng)線分別被兩架攝像機從兩邊攝取，就不會被擋住。
拍攝過程應在暗室里進行，除掃描光源[1]外，無其它光源發(fā)光。
在本發(fā)明中經(jīng)線上的灰度信號是沒有用的，有用的只是經(jīng)線的形狀，所以應提高部分人體表面的反光強度，例如將黑色頭發(fā)上戴上白套，將眉毛、胡須涂成白色等，當然，頭發(fā)也可以象理發(fā)一樣手工雕塑，因為需要什么樣的發(fā)型可根據(jù)被雕塑者要求而定。參照圖6、7，說明計算機自動雕刻的過程，[8]是機械雕刻裝置的機架，圓柱狀坯料[9]圍繞中心軸線[10]向同一方向間歇轉動，每雕刻完一條經(jīng)線轉動一次，每轉動一次就進一條經(jīng)線所占的角度0.5度，[11]是在坯料[9]上刻出的一半立體人像。麻花鉆頭刻刀[12]在微型電動機[13]帶動下高速旋轉，直線電動機[15]既按計算機的指令沿軌道[16]上下往復運動，同時還通過軸[14]帶動刻刀[12]按指令左右移動，刻刀[12]的尖部始終指向中心軸線[10]。攝像機[7]拍攝的經(jīng)線圖像在電子計算機顯示器上逐條播放，并放在如圖7所示的座標里，縱座標表示緯度，橫座標表示高度，中心軸線[3]與縱座標線重合。計算機用一條掃描線[17]對座標里的經(jīng)線從下到上不同緯度進行掃描，直線電動機[15]按指令與掃描線[17]同步從下到上運動。通過掃描，計算機把經(jīng)線上不同緯度的每個點的高度轉換成相應的指令，指揮直線電動機[15]帶動刻刀[12]左右移動。掃描光線[17]在座標里掃描一遍，刻刀[12]就按指令在坯料[9]上雕刻出一條與座標里的經(jīng)線內(nèi)容相同的經(jīng)線，然后坯料[9]轉動0.5度、計算機同時更換一場座標里的經(jīng)線，對另一條經(jīng)線掃描，并指揮刻刀[12]雕刻這一條經(jīng)線。象這樣，在坯料[9]與比被雕塑者[6]相對應的經(jīng)度上，按順序逐條雕刻出含有人體面貌信息的經(jīng)線，圓柱狀坯料[9]最終被雕刻成一尊與本人精神面貌完全相同的立體像。按比例改變橫座標和縱座標的尺寸，可以雕刻出不同尺寸的立體像。雕刻出的立體像有刻刀的痕跡，可以用砂布輕輕打磨掉。有些部位刻刀[12]并不能雕刻出來，需要手工來幫助，如耳朵后的部位和嘴巴下的某個部位，由于這些部位不在面部主要地方，所以不會影響主體的面貌。
以上是用分解經(jīng)線雕刻法雕刻立體人像，以下參照上述方法說明第二種方法用分解緯線雕刻法雕刻立體人像。
參照圖8，在被雕塑者前后左右有四個橫向放置的掃描光源[1]，它們發(fā)出的平面光線都處于同一平面[4]，并平行于地平面，同時向被雕塑者照射，在人體某一緯度上形成附著在人體表面上的環(huán)狀的緯線[18]，四架廣角鏡頭攝像機[A7]、[B7]、[C7]、[D7]在四個掃描光源[A1]、[B1]、[C1]、[D1]的下方對著這個光線平面[4]拍攝，并以中心軸線[3]為中心，各拍光線平面[4]的四分之一面積，環(huán)繞在人體表面的緯線[18]被四架攝像機分割攝取，然后由計算機把四幅圖像合成一幅完整的緯線圖像[18]，參照圖9，這等于對人體的外圍輪廓進行斷層掃描，這條緯線[18]反映出人體某一緯度上不同經(jīng)度的每個點到中心軸線[3]之間的距離即高度，按照上述拍攝緯線圖像的方法，四個掃描光源與四架攝像機從下到上同步動作，通過對人體不同緯度進行斷層掃描記錄，在人體表面分解出720條緊密分布的附著在人體表面的緯線，這些緯線上含有人體面貌的信息。計算機把四架攝像機拍攝的畫面合成后逐場播放，緯線[18]在計算機的坐標里以中心軸線即座標原點為中心，順時針均速轉動，把緯線[18]的每個點的高度轉換成相應的指令指揮刻刀左右移動。參照圖10，機械雕刻設備的結構與圖6基本相同，但工作程序卻不一樣。圓柱狀坯料[9]以中心軸線[10]為中心，按計算機的指令與座標里的緯線同步移動，刻刀[12]按計算機的指令左右移動，在坯料[9]上雕刻出含有人體面貌信息的緯線。[11]是已刻出的一半立體人像。座標里的緯線和坯料[9]同步移動一周，刻刀[12]就雕刻出一條緯線，然后刻刀[12]隨直線電動機[15]沿軌道[16]從下向上移動一條緯線所占的緯度，座標里的緯線同時更換一條，刻刀[12]再按計算機的指令雕刻新的一條緯線，象這樣在坯料[9]與人體對應的緯度上逐條雕刻出掃描得到的含有人體面貌信息的緯線，坯料[9]就被雕刻成一條與被雕塑者面貌相同的立體像。
權利要求
1.一種掃描分解法雕刻立體人像及其設備，其特征在于先用豎向放置的掃描光源[1]圍繞人體做360度掃描，在人體表面平均分解出720條緊密分布的并附著在人體表面上的經(jīng)線，攝象機[7]與掃描光源同步轉動，對分解出的經(jīng)線逐條拍攝，把每條經(jīng)線上不同緯度的每個點的高度記錄下來，然后輸送給計算機，計算機用掃描線[17]對座標里的經(jīng)線從下到上進行掃描，把經(jīng)線上不同緯度的每個點的高度按座標轉換成相應的指令，指揮刻刀[12]在隨掃描線[17]同步上下運動的同時還左右移動，在圓柱狀坯料[9]與人體相對應的經(jīng)度上逐條雕刻出掃描得到的含有人體面貌信息的經(jīng)線，使坯料[9]被雕刻成一尊與被雕刻者面貌相同的立體像。
2.一種掃描分解法雕刻立體人像及其設備，其特征在于先用四個橫向放置的掃描光源對人體從下到上進行掃描，在人體表面分解出720條緊密分布的附著在人體表面的緯線，四架攝像機與四個掃描光源同步動作，對分解出的緯線逐條拍攝，把緯線上不同經(jīng)度的每個點的高度紀錄下來，然后送給計算機處理，計算機把緯線放在座標里，并使緯線以座標原點為中心勻速轉動，把緯線上不同經(jīng)度的每個點的高度轉換成相應的指令，指揮刻刀[12]在坯料[9]與人體相對應的緯度上，逐條雕刻出掃描得到的含有人體面貌信息的緯線，使坯料[9]被雕刻成一尊與被雕塑者面貌相同的立體像。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種掃描分解法雕刻立體人像及其設備，其特征在于掃描光源[1]發(fā)出的是一縷厚薄均勻的厚度低于1毫米的平面光線。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種掃描分解法雕刻立體人像及其設備，其特征在于附著在人體表面的經(jīng)線或緯線，既含有經(jīng)緯度的位置信息，又含有每個點的高度信息。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的一種掃描分解法雕刻立體人像及其設備，其特征在于用廣角鏡頭攝像機[7]對著掃描光線的平面[4]拍攝，并使進入攝像機[7]的經(jīng)線光線或緯線光線與掃描光線的平面[4]形成的夾角[α]在30度到60度之間，以避免經(jīng)線或緯線中凹陷的部分被面部凸出的部分擋住。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的一種掃描分解法雕刻立體人像及其設備，其特征在于機械自動雕刻裝置主要由計算機和機架[8]刻刀[12]電動機[13]直線電動機[15]軌道[16]組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用計算機自動雕刻立體人像的方法及設備，用該方法及設備可以為現(xiàn)有任何人塑像。方法是用掃描光線對人體快速掃描，分解出若干條附著在人體表面的經(jīng)線或緯線，人的面貌如胖瘦、美丑等都被分解在這些經(jīng)線和緯線上，用攝影機記錄下這些經(jīng)線或緯線并輸送給計算機處理，機械雕刻裝置的刻刀按計算機的指令，在圓柱狀坯料與人體對應的經(jīng)度和緯度上，逐條經(jīng)線或緯線雕刻，坯料就被雕刻成一尊與人體面貌相同的立體像。
文檔編號B44B1/02GK1432481SQ0210991
公開日2003年7月30日 申請日期2002年1月9日 優(yōu)先權日2002年1月9日
發(fā)明者李小平 申請人:李小平