基于二維手繪線畫圖的三維對(duì)稱自由形體生成方法
【專利摘要】基于二維手繪線畫圖的三維對(duì)稱自由形體生成方法，包括以下三個(gè)步驟：1)將二維手繪平面取為XOY坐標(biāo)平面，為目標(biāo)自由形體的每個(gè)子部分繪制4條二維構(gòu)造曲線，利用構(gòu)造曲線重建物體的每一部分；2)根據(jù)用戶的繪制順序確定自由形體每個(gè)子部分的構(gòu)造曲線，并以曲線對(duì)形式進(jìn)行三維坐標(biāo)計(jì)算；3)根據(jù)生成的物體每一子部分的三維構(gòu)造曲線對(duì)，可以利用混合方法生成表示自由形體每一子部分的曲面，物體各個(gè)子部分可以由一系列環(huán)形曲線混合生成相應(yīng)曲面表示，最終由各個(gè)子部分共同組成三維對(duì)稱自由形體。本發(fā)明提供了一種操作簡單、方便快捷、造型豐富的三維對(duì)稱自由形體的生成方法。
【專利說明】基于二維手繪線畫圖的三維對(duì)稱自由形體生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利設(shè)計(jì)針對(duì)用戶輸入的二維手繪線畫圖，提供了一種能夠方便快捷地生成三維對(duì)稱自由形體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在構(gòu)建一個(gè)三維模型之前，設(shè)計(jì)者往往會(huì)在畫布上先畫出模型的二維投影草圖，借助于二維投影草圖往往能讓三維建模過程更加方便。如果能夠從二維線畫草圖直接重構(gòu)出目標(biāo)三維模型，從而擺脫操作非常專業(yè)的三維建模軟件如AutoCAD等軟件的繁瑣過程，這方面研究將很有意義?，F(xiàn)有的三維模型重建技術(shù)可以分為基于非精確二維線畫圖重建的優(yōu)化方法和基于精確二維線畫圖重建的方法兩類。對(duì)于一個(gè)非精確的二維線畫圖的輸入，前者主要是通過構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)、對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行最優(yōu)化來求解目標(biāo)三維模型。目標(biāo)函數(shù)包含一些列加權(quán)的正則性，而這些正則性是通過探索圖畫中的幾何約束來構(gòu)建的。然而，基于優(yōu)化的重建方法往往比較耗時(shí)。一方面，最優(yōu)化求解是一個(gè)迭代過程；另一方面，尋找?guī)缀渭s束也可能是一個(gè)復(fù)雜的過程?；谧顑?yōu)化的重建方法的結(jié)果容易受到所使用的正則性及其權(quán)因子的影響。
[0003]基于二維線畫圖重建三維對(duì)稱自由形體的方法是以三維物體在某一平面上的正交投影作為輸入的二維線畫圖。換言之，二維線畫圖上頂點(diǎn)的X和I坐標(biāo)實(shí)際對(duì)應(yīng)于三維物體上頂點(diǎn)的X和I坐標(biāo)，重建的主要問題就是如果恢復(fù)出第三維Z坐標(biāo)?，F(xiàn)有的基于精確二維線畫圖三維重建的方法主要針對(duì)多面體物體的重建，這類方法主要通過對(duì)原始二維手繪線條添加某些約束或者設(shè)計(jì)具有記憶功能的系統(tǒng)將二維系統(tǒng)匹配到庫中的已有模型完成重建任務(wù)。然而，目前許多方法假定二維手繪線條在三維空間中的曲線都位于同一平面。盡管如此，對(duì)二維手繪線條解釋的模糊性依然存在，往往需要用戶提供更多的交互操作來輔助建模，尤其是對(duì)于復(fù)雜物體的建模，將涉及各個(gè)子部分之間相對(duì)位置關(guān)系的確定。
[0004]本發(fā)明主要針對(duì)三維對(duì)稱自由形體的重建和生成，這些形體的各部分關(guān)于對(duì)稱面對(duì)稱，并且各個(gè)不同部分組合在一起得到復(fù)雜的三維物體。通過二維手繪線畫圖中提供的對(duì)稱信息，可以方便地計(jì)算出形體每一部分三維空間的構(gòu)造曲線，并且根據(jù)每組四條空間構(gòu)造曲線重構(gòu)生成物體的各個(gè)部分，最終的三維物體可以由多個(gè)相對(duì)位置確定的子部分組合生成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服三維模型生成中的操作復(fù)雜、重建生成的三維形體外形簡單類型單一等方面的不足，根據(jù)設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出的二維手繪線畫圖和對(duì)稱平面，本發(fā)明提供了一種操作簡單、方便快捷、造型豐富的三維對(duì)稱自由形體模型的生成方法。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]基于二維手繪線畫圖的三維對(duì)稱自由形體生成方法，包括以下步驟:
[0008]I)將二維手繪平面取為XOY坐標(biāo)平面，設(shè)計(jì)者為目標(biāo)自由形體的每個(gè)子部分繪制4條二維構(gòu)造曲線，利用構(gòu)造曲線重建物體的每一部分。其中關(guān)于對(duì)稱面自身對(duì)稱的物體子部分，用戶首先繪制兩條對(duì)稱曲線，然后繪制兩條非對(duì)稱一般曲線，從而可以得到4條構(gòu)造曲線；對(duì)于物體中一個(gè)子部分與另一子部分關(guān)于對(duì)稱面相互對(duì)稱的情況，用戶首先繪制分屬兩個(gè)子部分的兩對(duì)對(duì)稱曲線，再根據(jù)每個(gè)子部分中的對(duì)稱曲線分別繪制出一對(duì)非對(duì)稱一般曲線。
[0009]2)方法根據(jù)用戶的繪制順序確定自由形體每個(gè)子部分的構(gòu)造曲線，并以曲線對(duì)形式進(jìn)行三維坐標(biāo)計(jì)算。每個(gè)子部分中的構(gòu)造曲線都進(jìn)行濾波去噪并利用二次B-樣條曲線進(jìn)行插值，從4條構(gòu)造曲線中分別采樣相同數(shù)目的采樣點(diǎn)，利用用戶指定的對(duì)稱面，由深度z坐標(biāo)計(jì)算方法計(jì)算出構(gòu)造曲線上采樣點(diǎn)的三維坐標(biāo)。將二維手繪平面中手繪線畫圖上的頂點(diǎn)X坐標(biāo)和I坐標(biāo)實(shí)際對(duì)應(yīng)于三維實(shí)體上頂點(diǎn)的X坐標(biāo)和y坐標(biāo),需要恢復(fù)的僅僅是每個(gè)頂點(diǎn)的z坐標(biāo)。對(duì)于每個(gè)子部分里的兩條對(duì)稱曲線，可以利用下式計(jì)算它們每個(gè)采樣點(diǎn)z坐標(biāo):
【權(quán)利要求】
1.基于二維手繪線畫圖的三維對(duì)稱自由形體生成方法，包括以下步驟: 步驟I)將二維手繪平面取為XOY坐標(biāo)平面，為目標(biāo)自由形體的每個(gè)子部分繪制4條二維構(gòu)造曲線，利用構(gòu)造曲線重建物體的每一部分；其中關(guān)于對(duì)稱面自身對(duì)稱的物體子部分，首先繪制兩條對(duì)稱曲線，然后繪制兩條非對(duì)稱一般曲線，從而可以得到4條構(gòu)造曲線；對(duì)于物體中一個(gè)子部分與另一子部分關(guān)于對(duì)稱面相互對(duì)稱的情況，首先繪制分屬兩個(gè)子部分的兩對(duì)對(duì)稱曲線，再根據(jù)每個(gè)子部分中的對(duì)稱曲線分別繪制出一對(duì)非對(duì)稱一般曲線； 步驟2)根據(jù)繪制順序確定自由形體每個(gè)子部分的構(gòu)造曲線，并以曲線對(duì)形式進(jìn)行三維坐標(biāo)計(jì)算；每個(gè)子部分中的構(gòu)造曲線都進(jìn)行濾波去噪并利用二次B-樣條曲線進(jìn)行插值，從4條構(gòu)造曲線中分別采樣相同數(shù)目的采樣點(diǎn)，利用指定的對(duì)稱面，由深度z坐標(biāo)計(jì)算方法計(jì)算出構(gòu)造曲線上采樣點(diǎn)的三維坐標(biāo)；將二維手繪平面中手繪線畫圖上的頂點(diǎn)X坐標(biāo)和I坐標(biāo)實(shí)際對(duì)應(yīng)于三維實(shí)體上頂點(diǎn)的X坐標(biāo)和I坐標(biāo)，需要恢復(fù)的僅僅是每個(gè)頂點(diǎn)的Z坐標(biāo)；對(duì)于每個(gè)子部分里的兩條對(duì)稱曲線，利用下式計(jì)算它們每個(gè)采樣點(diǎn)z坐標(biāo):

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:利用在二維手繪平面上繪制的自由形體每個(gè)子部分的構(gòu)造曲線對(duì)，由步驟(2)所述的深由深度z坐標(biāo)計(jì)算方法具體是: 將二維手繪平面中手繪線畫圖上的頂點(diǎn)X坐標(biāo)和y坐標(biāo)實(shí)際對(duì)應(yīng)于三維實(shí)體上頂點(diǎn)的X坐標(biāo)和I坐標(biāo)，需要恢復(fù)的僅僅是每個(gè)頂點(diǎn)的Z坐標(biāo)。對(duì)于每個(gè)子部分里的兩條對(duì)稱曲線，可以利用下式計(jì)算它們每個(gè)采樣點(diǎn)z坐標(biāo):
【文檔編號(hào)】G06T17/00GK103985152SQ201410017204
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】繆永偉, 胡非夏, 張旭東 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)