利用透視關(guān)系交互創(chuàng)建三維曲線的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種利用透視關(guān)系交互創(chuàng)建三維曲線的方法，包括以下步驟：根據(jù)設(shè)計(jì)意圖繪制二維草圖曲線；對二維草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行筆畫規(guī)整，以獲取規(guī)整后的二維草圖曲線；對規(guī)整后的二維草圖曲線進(jìn)行意圖識(shí)別；依據(jù)識(shí)別的結(jié)果創(chuàng)建規(guī)整后的二維草圖曲線的三維曲線。本發(fā)明的方法，利用透視關(guān)系和對稱關(guān)系恢復(fù)二維草圖曲線的三維坐標(biāo)，將二維草圖繪制的便捷性和三維空間動(dòng)態(tài)觀察的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合，方便設(shè)計(jì)人員的使用，能夠使其流暢地開展設(shè)計(jì)工作、迅速固化創(chuàng)新思維，增強(qiáng)了使用者的空間感，同時(shí)該三維骨架模型可以有效地支持詳細(xì)設(shè)計(jì)過程。本發(fā)明還提出一種利用透視關(guān)系交互創(chuàng)建三維曲線的系統(tǒng)。
【專利說明】利用透視關(guān)系交互創(chuàng)建三維曲線的方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種利用透視關(guān)系交互創(chuàng)建三維曲線的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三維模型已成為當(dāng)前工程應(yīng)用領(lǐng)域的主流。它不僅拓展了設(shè)計(jì)創(chuàng)意的作用空間、超越了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)技術(shù)的表現(xiàn)局限，還縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、建模、欣賞與生產(chǎn)的空間間隔?，F(xiàn)行的三維模型創(chuàng)建方法主要有兩種:參數(shù)化建模與逆向工程。參數(shù)化建模是利用諸如Maya和AutoCAD等商業(yè)三維造型系統(tǒng)，通過設(shè)置和調(diào)整基本幾何體的參數(shù)或變量模型來構(gòu)造三維模型。這些系統(tǒng)的功能基本上是以大量預(yù)定義對象和指令按鈕的方式為用戶提供詳細(xì)設(shè)計(jì)的結(jié)果表達(dá)，其復(fù)雜而又專業(yè)化的操作流程對大多數(shù)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的設(shè)計(jì)師而言是巨大的挑戰(zhàn)。該方式將設(shè)計(jì)者流暢的設(shè)計(jì)思路打碎為一個(gè)個(gè)WIMP (Windows, Icon,Menu,Pointer)事件,使設(shè)計(jì)者的注意力經(jīng)常要轉(zhuǎn)移到控件的操作上面，不利于創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想的產(chǎn)生和表達(dá)。逆向工程則是利用三維掃描設(shè)備來直接反求實(shí)物的數(shù)字化三維模型，但這種方式不僅代價(jià)昂貴又依賴于已存物體，其大量測試點(diǎn)需要進(jìn)行復(fù)雜的后期處理，且該方式并不針對設(shè)計(jì)階段提供支持。
[0003]然而計(jì)算機(jī)的發(fā)展并未改變設(shè)計(jì)師對傳統(tǒng)紙筆環(huán)境下或草圖繪制這一設(shè)計(jì)方式的偏愛，繪制草圖依然是人類一種直接而快速的思想表達(dá)和交流方式，也是設(shè)計(jì)師進(jìn)行形體設(shè)計(jì)最方便的平臺(tái)。而傳統(tǒng)的二維草圖繪制手段雖然能夠迅速的將設(shè)計(jì)者的思路固化，但是由于空間表達(dá)能力不足，設(shè)計(jì)者需要繪制多個(gè)視圖來表達(dá)設(shè)計(jì)，同時(shí)各個(gè)角度的視圖要保證尺寸和方向的一致性才能為在人腦中重建設(shè)計(jì)，不利于修改、重用。二維草圖不容易表現(xiàn)復(fù)雜曲面，與后續(xù)的三維建模始終存在著交互和解釋的鴻溝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0005]為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種利用透視關(guān)系交互創(chuàng)建三維曲線的方法。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提出一種利用透視關(guān)系交互創(chuàng)建三維曲線的系統(tǒng)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面的實(shí)施例提出了一種利用透視關(guān)系交互創(chuàng)建三維曲線的方法，包括以下步驟:根據(jù)設(shè)計(jì)意圖繪制二維草圖曲線；對所述二維草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行筆畫規(guī)整，以獲取規(guī)整后的二維草圖曲線；對所述規(guī)整后的二維草圖曲線進(jìn)行意圖識(shí)別；依據(jù)識(shí)別的結(jié)果創(chuàng)建所述規(guī)整后的二維草圖曲線的三維曲線。
[0008]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用透視關(guān)系交互創(chuàng)建三維曲線的方法，允許利用二維草圖繪制作為輸入方式，能夠理解繪制語義，根據(jù)二維草圖繪制實(shí)時(shí)更新三維建模結(jié)果，提高了繪制方式的自然性和自由度，利用透視關(guān)系和對稱關(guān)系恢復(fù)二維草圖曲線的三維坐標(biāo)，將二維草圖繪制的便捷性和三維空間動(dòng)態(tài)觀察的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合，方便設(shè)計(jì)人員的使用，能夠使其流暢地開展設(shè)計(jì)工作、迅速固化創(chuàng)新思維，增強(qiáng)了使用者的空間感，同時(shí)該三維骨架模型可以有效地支持詳細(xì)設(shè)計(jì)過程。
[0009]在一些示例中，所述繪制二維草圖曲線具體包括:在同一視圖下先后繪制兩條二維草圖曲線或者在兩個(gè)不同視圖下先后繪制兩條二維草圖曲線。
[0010]在一些示例中，在繪制二維草圖曲線前，按照預(yù)定規(guī)則將所述二維草圖曲線的筆畫區(qū)分為輪廓筆畫和手勢筆畫。
[0011]在一些示例中，所述對所述二維草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行筆畫規(guī)整，具體包括:去除所述二維草圖曲線的輪廓筆畫中重復(fù)的采樣點(diǎn)，以獲取單一的二維草圖曲線的輪廓筆畫；對所述單一的二維草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行平滑濾波，以獲取平滑后的二維草圖曲線的輪廓筆畫；重新對所述平滑后的二維草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行采樣，以獲取采樣點(diǎn)集。
[0012]在一些示例中，對所述規(guī)整后的二維草圖曲線進(jìn)行意圖識(shí)別，具體包括:對所述在同一視圖下先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2，按照采樣點(diǎn)對所述草圖曲線S1和S2分別進(jìn)行三次方貝塞爾曲線擬合，以獲取擬合后的兩條草圖曲線Si’和s2’ ；當(dāng)先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2不重合時(shí)，包括:連接所述兩條草圖曲線S1和S2的起點(diǎn)形成一條直線，計(jì)算輔助立方體在該視圖下各個(gè)消失點(diǎn)到所述直線的距離，取所述距離最小的消失點(diǎn)作為對稱識(shí)別的輔助消失點(diǎn)；順次計(jì)算所述擬合后的所述二維草圖曲線上Si’的采樣點(diǎn)與所述輔助消失點(diǎn)之間的連線和所述擬合后的所述二維草圖曲線S2’的交叉點(diǎn)，作為所述擬合后的兩條二維草圖曲線S/和s2’的對稱點(diǎn)；持續(xù)進(jìn)行上述操作，直至所述擬合后的二維草圖曲線Si’上的所有采樣點(diǎn)均獲得相應(yīng)的對稱點(diǎn)；當(dāng)先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2重合時(shí)，包括:連接一條所述二維草圖曲線S1或者S2的起止點(diǎn)，形成一條直線；計(jì)算輔助立方體在該視圖下各個(gè)消失點(diǎn)到所述直線的距離，取距離最小的消失點(diǎn)作為對稱識(shí)別的輔助消失點(diǎn)；從所述輔助消失點(diǎn)向所述二維草圖曲線S1或者S2做切線，切點(diǎn)作為所述草圖曲線S1或者S2的分割點(diǎn)，將曲線分為兩段；按照順序選擇所述二維草圖曲線S1上的采樣點(diǎn)，連接所述采樣點(diǎn)與所述對稱識(shí)別的輔助消失點(diǎn)形成一條直線，所述直線與所述二維草圖曲線S2的交點(diǎn)即為所述S1上的采樣`點(diǎn)對應(yīng)的意圖對稱點(diǎn)。
[0013]在一些示例中，所述創(chuàng)建所述規(guī)整后的二維草圖曲線的三維曲線具體包括:對所述在同一視圖下先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2擬合后的兩條草圖曲線S/和s2’，包括:找到輔助立方體上正對所述輔助消失點(diǎn)的兩個(gè)相對的平面I和II，分別計(jì)算所述二維草圖曲線S/上的采樣點(diǎn)P' π及其在所述二維草圖曲線s2’上對應(yīng)的對稱點(diǎn)P’2i在該視圖下所述對應(yīng)平面I和II上的投影點(diǎn)q, ?和q’ 2i ;所述二維草圖曲線S/上的采樣點(diǎn)與草圖曲線S2’上對應(yīng)的對稱點(diǎn)對應(yīng)的三維坐標(biāo)分別為qn、q2i，其中，i為正整數(shù)，qn與q' π的連線和q2i與q’ 2i的連線過視點(diǎn)，且Qii和q2i正交對稱；分別依次連接QliW2i得到所述二維草圖曲線S1和S2對應(yīng)的三維空間曲線；對所述在不同視圖下先后繪制的兩條二維草圖曲線的擬合后的兩條草圖曲線S/和&’，包括:對于所述二維草圖曲線S/上的采樣點(diǎn)p' π及其在所述二維草圖曲線S2’上對應(yīng)點(diǎn)P’21所在視圖平面分別記為I和II，計(jì)算其在世界坐標(biāo)系中對應(yīng)的坐標(biāo)1，其中，i為正整數(shù)；在視圖坐標(biāo)系中構(gòu)建所述輔助點(diǎn)，分別計(jì)算所述草圖曲線S/上的采樣點(diǎn)及其在所述草圖曲線S2’上對應(yīng)的對稱點(diǎn)在其視圖平面1、II上的三維投影坐標(biāo)V?和？’21的三維坐標(biāo)相同，且所述1和(1' π的連線過第一視點(diǎn)，所述Qi和q’ 2i的連線過第二視點(diǎn)，聯(lián)立得到％ ;順次連接％得到所述草圖曲線S1或S2對應(yīng)的三維空間曲線。[0014]本發(fā)明第二方面的實(shí)施例提出了一種利用透視關(guān)系交互創(chuàng)建三維曲線的系統(tǒng)，其特征在于，包括:繪圖裝置，用于根據(jù)設(shè)計(jì)意圖繪制二維草圖曲線；規(guī)整模塊，用于對所述二維草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行筆畫規(guī)整，以獲取規(guī)整后的二維草圖曲線；建模模塊，用于對所述規(guī)整后的二維草圖曲線進(jìn)行意圖識(shí)別，并根據(jù)識(shí)別結(jié)果創(chuàng)建所述規(guī)整后的二維草圖曲線的三維曲線。
[0015]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用透視關(guān)系交互創(chuàng)建三維曲線的系統(tǒng)，允許利用二維草圖繪制作為輸入方式，能夠理解繪制語義，根據(jù)二維草圖繪制實(shí)時(shí)更新三維建模結(jié)果，提高了繪制方式的自然性和自由度，利用透視關(guān)系和對稱關(guān)系恢復(fù)二維草圖曲線的三維坐標(biāo)，將二維草圖繪制的便捷性和三維空間動(dòng)態(tài)觀察的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合，方便設(shè)計(jì)人員的使用，能夠使其流暢地開展設(shè)計(jì)工作、迅速固化創(chuàng)新思維，增強(qiáng)了使用者的空間感，同時(shí)該三維骨架模型可以有效地支持詳細(xì)設(shè)計(jì)過程。
[0016]在一些示例中，在同一視圖下先后繪制兩條二維草圖曲線或者在兩個(gè)不同視圖下先后繪制兩條二維草圖曲線。
[0017]在一些示例中，在繪制二維草圖曲線前，按照預(yù)定規(guī)則將所述二維草圖曲線的筆畫區(qū)分為輪廓筆畫和手勢筆畫。
[0018]在一些示例中，所述規(guī)整模塊對所述二維草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行筆畫規(guī)整，具體包括:去除所述二維草圖曲線的輪廓筆畫中重復(fù)的采樣點(diǎn)，以獲取單一的二維草圖曲線的輪廓筆畫；對所述單一的二維草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行平滑濾波，以獲取平滑后的二維草圖曲線的輪廓筆畫；重新對所述平滑后的二維草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行采樣，以獲取采樣點(diǎn)集。
[0019]在一些示例中，所述建模模塊對所述規(guī)整后的二維草圖曲線進(jìn)行意圖識(shí)別，具體包括:對所述在同一視圖下先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2，按照采樣點(diǎn)對所述草圖曲線S1和S2分別進(jìn)行三次方貝塞爾曲線擬合，以獲取擬合后的兩條草圖曲線Si’和s2’ ；當(dāng)先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2不重合時(shí)，包括:連接所述兩條二維草圖曲線S1和S2的起點(diǎn)形成一條直線，計(jì)算輔助立方體在該視圖下各個(gè)消失點(diǎn)到所述直線的距離，取所述距離最小的消失點(diǎn)作為對稱識(shí)別的輔助消失點(diǎn)；順次計(jì)算所述擬合后的所述二維草圖曲線上Si’的采樣點(diǎn)與所述輔助消失點(diǎn)之間的連線和所述擬合后的所述二維草圖曲線s2’的交叉點(diǎn)，作為所述擬合后的兩條二維草圖曲線S1'和s2’的對稱點(diǎn)；持續(xù)進(jìn)行上述操作，直至所述擬合后的二維草圖曲線Si’上的所有采樣點(diǎn)均獲得相應(yīng)的對稱點(diǎn)；當(dāng)先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2重合時(shí)，包括:連接一條所述二維草圖曲線S1或者S2的起止點(diǎn)，形成一條直線；計(jì)算輔助立方體在該視圖下各個(gè)消失點(diǎn)到所述直線的距離，取距離最小的消失點(diǎn)作為對稱識(shí)別的輔助消失點(diǎn)；從所述輔助消失點(diǎn)向所述二維草圖曲線S1或者S2做切線，切點(diǎn)作為所述二維草圖曲線S1或者S2的分割點(diǎn)，將曲線分為兩段；按照順序選擇所述二維草圖曲線S1上的采樣點(diǎn)，連接所述采樣點(diǎn)與所述對稱識(shí)別的輔助消失點(diǎn)形成一條直線，所述直線與所述二維草圖曲線S2的交點(diǎn)即為所述S1上的采樣點(diǎn)對應(yīng)的意圖對稱點(diǎn)。
[0020]在一些示例中，對所述在同一視圖下先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2擬合后的兩條二維草圖曲線S1'和s2’，包括:找到輔助立方體上正對所述輔助消失點(diǎn)的兩個(gè)相對的平面I和II，分別計(jì)算所述二維草圖曲線S/上的采樣點(diǎn)及其在所述二維草圖曲線s2’上對應(yīng)的對稱點(diǎn)在該視圖下所述對應(yīng)平面I和II上的重合點(diǎn)qn和q2i ;所述二維草圖曲線S/上的采樣點(diǎn)與草圖曲線S2’上對應(yīng)的對稱點(diǎn)對應(yīng)的三維坐標(biāo)分別為q' ?、^21，其中，1為正整數(shù)，Qli與V π的連線和q2i與q’ 2i的連線過視點(diǎn)，且Pli和P2i正交對稱；分別依次連接如、Q2i得到所述二維草圖曲線S1和S2對應(yīng)的三維空間曲線；對所述在不同視圖下先后繪制的兩條二維草圖曲線的擬合后的兩條草圖曲線S/和S2’，包括:對于所述二維草圖曲線S/上的采樣點(diǎn)及其在所述二維草圖曲線S2’上對應(yīng)的對稱點(diǎn)所在視圖平面分別記為
I和II，分別計(jì)算其在世界坐標(biāo)系中對應(yīng)的坐標(biāo)qu和q2i，其中，i為正整數(shù)；在視圖坐標(biāo)系中構(gòu)建所述輔助點(diǎn)分別計(jì)算所述草圖曲線S/上的采樣點(diǎn)及其在所述草圖曲線s2’上對應(yīng)的對稱點(diǎn)在其視圖坐標(biāo)系下的坐標(biāo)V?和口’21的三維坐標(biāo)相同，且所述11
和P' Ii的連線過第一視點(diǎn)，所述q2i和P’2i的連線過第二視點(diǎn)，聯(lián)立得到Pi ;順次連接Pi得到所述草圖曲線S1或S2對應(yīng)的三維空間曲線。
[0021]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用透視關(guān)系交互創(chuàng)建三維曲線的方法的流程圖；
[0023]圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的透視關(guān)系下輔助立方體及對應(yīng)消失點(diǎn)示意圖；
[0024]圖3a是同一視圖下兩條不重合的二維草圖曲線的三維坐標(biāo)恢復(fù)示例；
[0025]圖3b是同一視圖 下兩條重合的二維草圖曲線的三維坐標(biāo)恢復(fù)示例；
[0026]圖4是不同視圖下二維草圖曲線的三維坐標(biāo)恢復(fù)示例；
[0027]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的輔助操作手勢圖；
[0028]圖6a是一個(gè)利用本發(fā)明的利用透視關(guān)系交互創(chuàng)建三維曲線的方法的試驗(yàn)結(jié)果圖；
[0029]圖6b是另一個(gè)利用本發(fā)明的利用透視關(guān)系交互創(chuàng)建三維曲線的方法的試驗(yàn)結(jié)果圖；和
[0030]圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用透視關(guān)系交互創(chuàng)建三維曲線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0032]目前，基于手繪草圖的三維模型生成技術(shù)的核心問題是，如何從二維平面草圖中恢復(fù)物體的三維信息。這個(gè)問題面臨的主要困難在于與給定二維圖畫相匹配的三維模型信息不唯一，研究也就轉(zhuǎn)變?yōu)椤皬亩S平面中獲得(三維)深度信息”。該問題的解決方案可以分成離線和在線兩種。離線算法可以根據(jù)單個(gè)非正交視圖重建多面體線框模型。但離線建模隨著草圖繪制的復(fù)雜度增加，其三維建模的計(jì)算時(shí)間復(fù)雜度會(huì)急劇增加，同時(shí)難以對空間曲線和曲面進(jìn)行識(shí)別，手繪草圖是以粗略形狀來創(chuàng)建三維模型，更加加劇了識(shí)別的難度。在線的基于草圖的三維建模方式可以分為三類:基于手勢、基于模板和基于視圖。基于手勢的建模方式是將WIMP指令或基本幾何體定義為不同的手勢。基于模板的建模方式是將二維曲線投影到三維模板模型上，從而形成空間曲線，其關(guān)鍵是找到二維草圖和模板模型之間的投影關(guān)系?；谝晥D的創(chuàng)建曲線方式是最自然的人機(jī)交互方式。
[0033]本發(fā)明的實(shí)施例中提出了一種利用透視關(guān)系交互創(chuàng)建三維曲線的方法，包括以下步驟:根據(jù)設(shè)計(jì)意圖繪制二維草圖曲線；對二維草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行筆畫規(guī)整，以獲取規(guī)整后的二維草圖曲線；對規(guī)整后的二維草圖曲線進(jìn)行意圖識(shí)別；依據(jù)識(shí)別的結(jié)果創(chuàng)建規(guī)整后的二維草圖曲線的三維曲線。
[0034]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的交互創(chuàng)建三維曲線的方法的流程圖，結(jié)合圖1具體描述本發(fā)明的交互創(chuàng)建三維曲線的方法。
[0035]步驟SlOl:根據(jù)設(shè)計(jì)意圖繪制二維草圖曲線。
[0036]具體地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中以繪圖板與手寫筆作為二維草圖的輸入接口，以模擬紙筆設(shè)計(jì)環(huán)境。根據(jù)輸入不同對草圖筆畫做硬性區(qū)分，規(guī)定輪廓筆畫對應(yīng)輸入設(shè)備的左鍵繪制，手勢筆畫對應(yīng)輸入設(shè)備的右鍵繪制，以繪圖筆抬起區(qū)分的草圖曲線，每個(gè)二維草圖曲線采用一筆繪制。繪圖板將每次起筆和抬筆之間所繪記錄為一個(gè)一筆S，筆劃所含的點(diǎn)采樣連續(xù)，表示為{Pi 11=1, 2，...，η},其中Pi表示筆畫中第i個(gè)采樣點(diǎn)為二維矢量(P1.X，P1- y)，η為采樣點(diǎn)數(shù)。
[0037]步驟S102:對二維草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行筆畫規(guī)整，以獲取規(guī)整后的二維草圖曲線。
[0038]對輪廓筆畫進(jìn)行規(guī)整，得到光滑的二維草圖曲線，為其深度信息恢復(fù)的做準(zhǔn)備。
[0039](I)去除草圖曲線的輪廓筆畫中重復(fù)的采樣點(diǎn)，以獲取單一的草圖曲線的輪廓筆畫。對輪廓筆畫中的兩個(gè)相鄰采`樣點(diǎn)Pi和口1+1的屏幕顯示坐標(biāo)值進(jìn)行對比，如果其坐標(biāo)Xi=Xi+!且yi=yi+i，則去除采樣點(diǎn)pi+1，并更新η值。
[0040](2)對單一的草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行平滑濾波，以獲取平滑后的草圖曲線的輪廓筆畫。使用最小二乘法將草圖筆畫S擬合成三次方貝塞爾曲線，從而實(shí)現(xiàn)局部異常點(diǎn)的過濾，得到平滑后的筆畫3，=?(|(1-03+3?1七(1-02+3#2(1-0+卩3七3，其中，七e [O, 1],Ρ0>Ρ!>P2和P3為擬合后的貝塞爾曲線控制點(diǎn)。
[0041](3)重新對平滑后的草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行采樣，以獲取采樣點(diǎn)集。對平滑后的草圖筆畫S’按照f = i重新進(jìn)行采樣，得到采樣點(diǎn)集{Pi’ |i=l，2，...，m}。
繼
[0042]步驟S103:對規(guī)整后的二維草圖曲線進(jìn)行意圖識(shí)別。
[0043]對于現(xiàn)實(shí)世界中多數(shù)物體都是對稱物體或由對稱物體組成，并且對稱特征也通常是建立空間關(guān)系的一個(gè)重要隱含線索。因此，一方面對于沒有指定投影面的二維草圖曲線，借助輔助立方體運(yùn)用二維草圖曲線的對稱關(guān)系進(jìn)行識(shí)別。根據(jù)三點(diǎn)透視原理，在一個(gè)視角中該立方體最多會(huì)有三個(gè)消失點(diǎn)，如圖2所示。
[0044]對于先后繪制兩條二維草圖曲線S1和S2,按照上述步驟S102操作，得到擬合后的二維草圖曲線S1'和s2’。
[0045]具體地，當(dāng)同一視圖下先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2,即視角相同時(shí)，二維草圖曲線S1和S2是①兩條關(guān)于某空間正交平面對稱的曲線，如圖3a所示，其恢復(fù)深度的兩條三維曲線關(guān)于世界坐標(biāo)系的Xy、yX或XZ平面對稱；或者是②一條自身關(guān)于某空間正交平面對稱的曲線，如圖3b所示，其恢復(fù)深度的三維曲線是一條關(guān)于世界坐標(biāo)系的xy、yx或Xz平面對稱的曲線。
[0046]當(dāng)先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2不重合時(shí)，即如圖3a所示的兩條曲線。
[0047](I)連接S1和S2的起點(diǎn)形成一條直線，計(jì)算輔助立方體在該視圖下各個(gè)消失點(diǎn)到直線的距離，取距離最小的消失點(diǎn)作為對稱識(shí)別的輔助消失點(diǎn)V00 ；
[0048](2)計(jì)算擬合后的二維草圖曲線上S/的采樣點(diǎn)與輔助消失點(diǎn)V00之間的連線和擬合后的二維草圖曲線S2’的交叉點(diǎn)，作為擬合后的兩條二維草圖曲線Si’和s2’的對稱點(diǎn)；
[0049](3)持續(xù)進(jìn)行上述操作，直至擬合后的二維草圖曲線S/上的所有采樣點(diǎn)均獲得相應(yīng)的對稱點(diǎn)。
[0050]當(dāng)先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2重合時(shí)，即如圖3b所示的兩條曲線。
[0051](I)連接一條二維草圖曲線S1或者S2的起止點(diǎn)，形成一條直線；
[0052](2)計(jì)算輔助立方體在該視圖下各個(gè)消失點(diǎn)到該直線的距離，取距離最小的消失點(diǎn)作為對稱識(shí)別的輔助消失點(diǎn)Voo ;
[0053](3)從輔助消失點(diǎn)V00向二維草圖曲線S1或者S2做切線，切點(diǎn)作為二維草圖曲線S1或者S2的分割點(diǎn)，將曲線分為兩段；
[0054](4)按照順序選擇二維草圖曲線S1上的采樣點(diǎn)，連接該采樣點(diǎn)與對稱識(shí)別的輔助消失點(diǎn)V00形成一條直線，該直線與二維草圖曲線S2的交點(diǎn)即為S1上的采樣點(diǎn)對應(yīng)的意圖對稱點(diǎn)。
`[0055]此外，當(dāng)不同視圖下先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2,即視角不同時(shí)，兩次繪制的是一條在世界坐標(biāo)系下的自由曲線，如圖4。二維草圖曲線S/的采樣點(diǎn)ρ’π與的S2’的采樣點(diǎn)P’2i，是三維空間中同一點(diǎn)在不同視圖平面上的投影，其中，i e {1，2，…，m}。
[0056]步驟S104:依據(jù)識(shí)別的結(jié)果創(chuàng)建規(guī)整后的二維草圖曲線的三維曲線。
[0057]具體地，對在同一視圖(視角相同)下先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2，如圖3a所示，其擬合后的兩條二維草圖曲線S/和S2’:
[0058](I)找到輔助立方體上正對輔助消失點(diǎn)V?的兩個(gè)相對的平面I和II，分別計(jì)算二維草圖曲線Si’上的采樣點(diǎn)P’π及其在二維草圖曲線S2’上對應(yīng)的對稱點(diǎn)P’2i在該視圖下對應(yīng)平面I和II上的投影點(diǎn)qn和q2i。
[0059](2)二維草圖曲線S1'上的采樣點(diǎn)與二維草圖曲線S2’上對應(yīng)的對稱點(diǎn)對應(yīng)的三維坐標(biāo)分別為V ?、q’2i，其中，i為正整數(shù)，Qli與V ^的連線和q2i與9、的連線過視點(diǎn)，且Qli和q2i正交對稱。具體實(shí)現(xiàn)公式如下:
^%q\s.x\ falP\rxl\β^2ιΧλ
「 ^ ， 1-, Afir-F αιΡ\,.ν ? ? fj2^2ry ^2Pt y
[0060]VlS.VZW=，VlS' VlW=I 11
β“ζ --爲(wèi) 4尸 α,
βχIοI
[0061]且(Ql1-O1).Ii1=O, (q21-on).ηπ=0
【權(quán)利要求】
1.一種利用透視關(guān)系交互創(chuàng)建三維曲線的方法，其特征在于，包括以下步驟: 根據(jù)設(shè)計(jì)意圖繪制二維草圖曲線； 對所述二維草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行筆畫規(guī)整，以獲取規(guī)整后的二維草圖曲線； 對所述規(guī)整后的二維草圖曲線進(jìn)行意圖識(shí)別； 依據(jù)識(shí)別的結(jié)果創(chuàng)建所述規(guī)整后的二維草圖曲線的三維曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述繪制二維草圖曲線具體包括:在同一視圖下先后繪制兩條二維草圖曲線或者在兩個(gè)不同視圖下先后繪制兩條二維草圖曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括: 在繪制二維草圖曲線前，按照預(yù)定規(guī)則將所述二維草圖曲線的筆畫區(qū)分為輪廓筆畫和手勢筆畫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述對所述二維草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行筆畫規(guī)整，具體包括: 去除所述二維草圖曲線的輪廓筆畫中重復(fù)的采樣點(diǎn)，以獲取單一的二維草圖曲線的輪廓筆畫； 對所述單一的二維草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行平滑濾波，以獲取平滑后的二維草圖曲線的輪廓筆畫； 重新對所述平滑后的二維草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行采樣，以獲取采樣點(diǎn)集。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，·其特征在于，對所述規(guī)整后的二維草圖曲線進(jìn)行意圖識(shí)別，具體包括: 對所述在同一視圖下先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2，按照采樣點(diǎn)對所述草圖曲線S1和S2分別進(jìn)行三次方貝塞爾曲線擬合，以獲取擬合后的兩條草圖曲線S/和s2’ ；當(dāng)先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2不重合時(shí)，包括: 連接所述兩條草圖曲線S1和S2的起點(diǎn)形成一條直線，計(jì)算輔助立方體在該視圖下各個(gè)消失點(diǎn)到所述直線的距離，取所述距離最小的消失點(diǎn)作為對稱識(shí)別的輔助消失點(diǎn)； 順次計(jì)算所述擬合后的所述二維草圖曲線上Si’的采樣點(diǎn)與所述輔助消失點(diǎn)之間的連線和所述擬合后的所述二維草圖曲線S2’的交叉點(diǎn)，作為所述擬合后的兩條二維草圖曲線S1'和s2’的對稱點(diǎn)； 持續(xù)進(jìn)行上述操作，直至所述擬合后的二維草圖曲線Si’上的所有采樣點(diǎn)均獲得相應(yīng)的對稱點(diǎn)； 當(dāng)先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2重合時(shí)，包括: 連接一條所述二維草圖曲線S1或者S2的起止點(diǎn)，形成一條直線； 計(jì)算輔助立方體在該視圖下各個(gè)消失點(diǎn)到所述直線的距離，取距離最小的消失點(diǎn)作為對稱識(shí)別的輔助消失點(diǎn)； 從所述輔助消失點(diǎn)向所述二維草圖曲線S1或者S2做切線，切點(diǎn)作為所述草圖曲線S1或者S2的分割點(diǎn)，將曲線分為兩段； 按照順序選擇所述二維草圖曲線S1上的采樣點(diǎn)，連接所述采樣點(diǎn)與所述對稱識(shí)別的輔助消失點(diǎn)形成一條直線，所述直線與所述二維草圖曲線S2的交點(diǎn)即為所述S1上的采樣點(diǎn)對應(yīng)的意圖對稱點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述建模模塊創(chuàng)建所述規(guī)整后的二維草圖曲線的三維曲線具體包括: 對所述在同一視圖下先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2擬合后的兩條草圖曲線S/和s2’，包括: 找到輔助立方體上正對所述輔助消失點(diǎn)的兩個(gè)相對的平面I和II，分別計(jì)算所述二維草圖曲線Si’上的采樣點(diǎn)及其在所述二維草圖曲線s2’上對應(yīng)的對稱點(diǎn)在該視圖下所述對應(yīng)平面I和II上的投影點(diǎn)q, π和q’ 2i ； 所述二維草圖曲線S/上的采樣點(diǎn)與草圖曲線S2’上對應(yīng)的對稱點(diǎn)對應(yīng)的三維坐標(biāo)分別為如，其中，i為正整數(shù)，Qli與q' π的連線和Q2i與q’ 2i的連線過視點(diǎn)，且qu和Q2i正交對稱； 分別依次連接qn、Q2i得到所述二維草圖曲線S1和S2對應(yīng)的三維空間曲線； 對所述在不同視圖下先后繪制的兩條二維草圖曲線的擬合后的兩條草圖曲線S/和S2',包括: 對于所述二維草圖曲線S/上的采樣點(diǎn)P' π及其在所述二維草圖曲線S2’上對應(yīng)的對稱點(diǎn)P’21所在視圖平面分別記為I和II，計(jì)算其在世界坐標(biāo)系中對應(yīng)的坐標(biāo)1，其中，i為正整數(shù)； 在視圖坐標(biāo)系中構(gòu) 建所述輔助點(diǎn)分別計(jì)算所述草圖曲線S/上的采樣點(diǎn)及其在所述草圖曲線S2’上對應(yīng)的對稱點(diǎn)在其視圖平面1、II上的三維投影坐標(biāo)q' ^和9’21; P' η和P’21的對應(yīng)相同三維坐標(biāo)點(diǎn)，且所述Qi和V ?的連線過第一視點(diǎn)，所述Qi和q’ 2i的連線過第二視點(diǎn)，聯(lián)立得到Qi ; 順次連接Qi得到所述草圖曲線S1或S2對應(yīng)的三維空間曲線。
7.一種利用透視關(guān)系交互創(chuàng)建三維曲線的系統(tǒng)，其特征在于，包括: 繪圖裝置，用于根據(jù)設(shè)計(jì)意圖繪制二維草圖曲線； 規(guī)整模塊，用于對所述二維草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行筆畫規(guī)整，以獲取規(guī)整后的草圖曲線； 建模模塊，用于對所述規(guī)整后的二維草圖曲線進(jìn)行意圖識(shí)別，并根據(jù)識(shí)別結(jié)果創(chuàng)建所述規(guī)整后的草圖曲線的三維曲線。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述繪圖裝置還用于: 在同一視圖下先后繪制兩條二維草圖曲線或者在兩個(gè)不同視圖下先后繪制兩條二維草圖曲線。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 在繪制二維草圖曲線前，按照預(yù)定規(guī)則將所述二維草圖曲線的筆畫區(qū)分為輪廓筆畫和手勢筆畫。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述規(guī)整模塊對所述二維草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行筆畫規(guī)整，具體包括: 去除所述二維草圖曲線的輪廓筆畫中重復(fù)的采樣點(diǎn)，以獲取單一的二維草圖曲線的輪廓筆畫； 對所述單一的二維草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行平滑濾波，以獲取平滑后的二維草圖曲線的輪廓筆畫； 重新對所述平滑后的二維草圖曲線的輪廓筆畫進(jìn)行采樣，以獲取采樣點(diǎn)集。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述建模模塊對所述規(guī)整后的二維草圖曲線進(jìn)行意圖識(shí)別，具體包括: 對所述在同一視圖下先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2，按照采樣點(diǎn)對所述草圖曲線S1和S2分別進(jìn)行三次方貝塞爾曲線擬合，以獲取擬合后的兩條草圖曲線S/和s2’ ；當(dāng)先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2不重合時(shí)，包括: 連接所述兩條二維草圖曲線S1和S2的起點(diǎn)形成一條直線，計(jì)算輔助立方體在該視圖下各個(gè)消失點(diǎn)到所述直線的距離，取所述距離最小的消失點(diǎn)作為對稱識(shí)別的輔助消失點(diǎn)； 順次計(jì)算所述擬合后的所述二維草圖曲線上Si’的采樣點(diǎn)與所述輔助消失點(diǎn)之間的連線和所述擬合后的所述二維草圖曲線S2’的交叉點(diǎn)，作為所述擬合后的兩條二維草圖曲線S1'和s2’的對稱點(diǎn)； 持續(xù)進(jìn)行上述操作，直至所述擬合后的二維草圖曲線Si’上的所有采樣點(diǎn)均獲得相應(yīng)的對稱點(diǎn)； 當(dāng)先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2重合時(shí)，包括: 連接一條所述二維草圖曲線S1或者S2的起止點(diǎn)，形成一條直線； 計(jì)算輔助立方體在該視圖下各個(gè)消失點(diǎn)到所述直線的距離，取距離最小的消失點(diǎn)作為對稱識(shí)別的輔助消失點(diǎn)； 從所述輔助消失點(diǎn)向所述二維草圖曲線S1或者S2做切線，切點(diǎn)作為所述二維草圖曲線S1或者S2的分割點(diǎn)，將曲線分為兩段； 按照順序選擇所述二維草圖曲線S1上的采樣點(diǎn)，連接所述采樣點(diǎn)與所述對稱識(shí)別的輔助消失點(diǎn)形成一條直線，所述直·線與所述二維草圖曲線S2的交點(diǎn)即為所述S1上的采樣點(diǎn)對應(yīng)的意圖對稱點(diǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述建模模塊創(chuàng)建所述規(guī)整后的草圖曲線的三維曲線具體包括: 對所述在同一視圖下先后繪制的兩條二維草圖曲線S1和S2擬合后的兩條二維草圖曲線S1'和s2’，包括: 找到輔助立方體上正對所述輔助消失點(diǎn)的兩個(gè)相對的平面I和II，分別計(jì)算所述二維草圖曲線Si’上的采樣點(diǎn)及其在所述二維草圖曲線s2’上對應(yīng)的對稱點(diǎn)在該視圖下所述對應(yīng)平面I和II上的投影點(diǎn)q, π和q’ 2i ； 所述二維草圖曲線S/上的采樣點(diǎn)與草圖曲線S2’上對應(yīng)的對稱點(diǎn)對應(yīng)的三維坐標(biāo)分別為q2i，其中，i為正整數(shù)，Qli與q' π的連線和Q2i與q’ 2i的連線過視點(diǎn)，且qu和Q2i正交對稱； 分別依次連接qn、Q2i得到所述二維草圖曲線S1和S2對應(yīng)的三維空間曲線； 對所述在不同視圖下先后繪制的兩條二維草圖曲線的擬合后的兩條草圖曲線S/和S2',包括: 對于所述二維草圖曲線S/上的采樣點(diǎn)P' π及其在所述二維草圖曲線S2’上對應(yīng)點(diǎn)P’ 2i所在視圖平面分別記為I和II，計(jì)算其在世界坐標(biāo)系中對應(yīng)的坐標(biāo)qi;其中，i為正整數(shù)； 在視圖坐標(biāo)系中構(gòu)建所述輔助點(diǎn)分別計(jì)算所述草圖曲線S/上的采樣點(diǎn)及其在所述草圖曲線S2’上對應(yīng)的對稱點(diǎn)在其視圖平面1、II上的三維投影坐標(biāo)q' ^和9’21;Pi 11和？’21對應(yīng)相同的三維坐標(biāo)點(diǎn)，且所述1和(^ π的連線過第一視點(diǎn)，所述1和q’ 2i的連線過第二視點(diǎn)，聯(lián)立得到Qi ; 順次連接Qi得到所述草圖曲·線S1或S2對應(yīng)的三維空間曲線。
【文檔編號(hào)】G06T17/00GK103824322SQ201410015345
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】田凌, 馬嵩華 申請人:清華大學(xué)