一種基于模板的三維造型建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計算機三維建模技術(shù)領(lǐng)域，涉及計算機圖形學(xué)，用于室內(nèi)三維模型的快速建模，為一種基于模板的三維造型建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們生活水平的提高，人們對于家居的要求也越來越高，家裝業(yè)主不再滿足于同一模式同一風(fēng)格的裝修，他們需要一種能夠滿足自己個性化的家裝設(shè)計方案。三維家裝設(shè)計軟件的出現(xiàn)很好的滿足人們個性化裝修的需求，可快速生成專業(yè)的三維設(shè)計方案，并可在三維設(shè)計方案中通過虛擬漫游直觀地展示室內(nèi)設(shè)計效果。三維室內(nèi)造型(例如吊頂、背景墻)作為三維設(shè)計方案的重要組成部分，直接影響了家居環(huán)境的整體設(shè)計。因此，三維造型建模方法的優(yōu)劣性直接影響著整個軟件的適用性。
[0003]三維建模技術(shù)是根據(jù)目標(biāo)對象的三維空間信息來構(gòu)建其幾何立體模型，然后利用建模設(shè)計軟件生成對應(yīng)模型，并對生成的模型進行各種操作和顯示。為得到目標(biāo)對象的三維空間信息，計算機采用合適的算法，通過程序建立三維空間點的位置與二維平面點的坐標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系，最后確定目標(biāo)對象上任意三維空間點的坐標(biāo)。利用獲取的物體的尺寸、坐標(biāo)、形狀等立體幾何屬性，研究人員構(gòu)建該目標(biāo)對象的三維模型。
[0004]根據(jù)研究對象三維模型結(jié)構(gòu)特點及構(gòu)建方式，可將具體建模方法分為以下3種:
[0005]I)邊界表示法
[0006]目標(biāo)模型的邊界即該模型的內(nèi)部點及外部點之間的分界面，主要包括頂點表、邊表、面表、體表以及環(huán)表。該方法需詳細記錄目標(biāo)模型的幾何信息及元素，獲取對應(yīng)細節(jié)方式，然后獲得拓撲信息，以拓撲信息和幾何信息構(gòu)建模型。該方法無法描述不規(guī)則的三維模型。
[0007]2)實體幾何構(gòu)造法
[0008]該方法將復(fù)雜的三維模型分解為簡單的、形狀規(guī)則的幾何體(體素)，然后采用正則布爾運算來構(gòu)建目標(biāo)模型。該方法的主要缺點:未獲取實體造型的拓撲信息，無法進行唯一性描述。
[0009]3)線框表示法
[0010]該方法利用一系列約束線來構(gòu)建是三維模型的邊界及輪廓，即對空間輪廓的采樣點進行連接獲得多邊形網(wǎng)格模擬目標(biāo)模型的邊界。該方法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對比較簡單，數(shù)據(jù)存儲量比較小，但形體與對象的表示不唯一，無法實現(xiàn)高效顯示。
[0011]根據(jù)所建模型的不同，其適用的建模方法也各不相同。根據(jù)三維室內(nèi)造型的建模方法主要分為2類:導(dǎo)入3ds設(shè)計的效果圖來對實體進行建模和利用自身的建模模塊實現(xiàn)三維建模。
[0012](I)通過導(dǎo)入3ds設(shè)計的效果圖來對實體進行建模
[0013]該方法通過導(dǎo)入3ds設(shè)計的效果圖來對目標(biāo)實體進行三維建模，操作人員只需手動導(dǎo)入所需目標(biāo)實體的3ds設(shè)計效果圖，程序內(nèi)部即可實現(xiàn)目標(biāo)模型的三維生成過程，操作十分簡單。該方法主要缺點是:一旦將3ds效果圖導(dǎo)入生成三維造型后，所設(shè)計的三維模型便無法再進行動態(tài)編輯和修改。
[0014]采用該方法典型的室內(nèi)設(shè)計軟件有“我家我設(shè)計”室內(nèi)設(shè)計軟件，該軟件可以根據(jù)平面戶型圖生成虛擬家裝場景，通過載入各種復(fù)雜的3ds模型進行家居搭配設(shè)計。該軟件操作十分簡單，三維造型生成模塊可快速實現(xiàn)所需造型的三維建模，但是一旦生成場景模型便不能進行二次編輯和修改，整體實用性不高。
[0015](2)通過自身的建模模塊實現(xiàn)三維建模
[0016]不同的軟件建模方法也不同，但這一類軟件都通過自身的建模模塊來實現(xiàn)三維造型的建?！，F(xiàn)在比較成熟軟件有3Ds MAX、SketchUp。
[0017]3Ds MAX有3種高級的建模技術(shù):多邊形網(wǎng)格建模、面片建模、NURBS建模。
[0018]I)多邊形建模。多邊形建模是最基本的一種建模方式。幾乎所有的幾何實體都可以塌陷為可編輯的多邊形網(wǎng)格，同樣曲線也可以塌陷，封閉曲線可以塌陷為曲面，這樣便可獲得多邊形建模的元素一多邊形曲面。編輯網(wǎng)格方式建模兼容性極好，制作的模型占用系統(tǒng)資源最少，運行速度最快，在較少的面數(shù)下也可制作較為復(fù)雜的模型。它是將多邊形劃分為三角面，可以使用編輯網(wǎng)格修改器或直接把物體塌陷成可編輯的網(wǎng)格。其中涉及的技術(shù)主要是推拉表面構(gòu)建基本的模型，最后增加平滑網(wǎng)格修改器，進行表面的平滑和提高精度。這種方法需使用大量的點、線、面編輯操作，對空間控制能力要求比較高。適合創(chuàng)建復(fù)雜模型。
[0019]2)面片建模。面片建模是在多邊形建模的基礎(chǔ)上發(fā)展來的，面片建?？蓪崿F(xiàn)多邊形的彈性編輯，采用類似編輯貝塞爾曲線的方法來編輯多邊形曲面。由于面片是三維的，因此，控制面片曲率的控制句柄也是三維的。面片建模的優(yōu)點是編輯的頂點個數(shù)較少，用較少的細節(jié)即可來制作出光滑的物體表面和表皮的褶皺。
[0020]3) NURBS (非均勻有理B樣條曲線)建模。NURBS建模是建立在數(shù)學(xué)原理的公式基礎(chǔ)上的一種建模的方法。它基于控制節(jié)點調(diào)節(jié)表面的曲度，自動NURBS與曲線一樣是樣條曲線。但NURBS是一種非一致性有理基本曲線，可以說是一種特殊的樣條曲線，其控制更為方便，創(chuàng)建的物體更為平滑。若是配合放樣、擠壓和車削操作，可以創(chuàng)建各種各樣形狀的曲面物體。NURBS建模特別適合描述復(fù)雜的有機曲面對象。
[0021]SketchUp采用擠壓建模，擠壓建模具體過程為:
[0022]1.在二維平面XOY繪制閉合曲線，比如矩形、圓等；
[0023]2.在Z方向進行拉伸，生成三維立體模型；
[0024]3.對生成的立體任取某一側(cè)面，以該側(cè)面作為新的編輯平面，進行二維裁剪；
[0025]4.對新的平面進行擠壓拉伸，生成所需的三維模型。
[0026]首先通過平面繪制實體模型的截面輪廓，然后對繪制好的截面輪廓沿著設(shè)定的擠壓方向(比如法線方向)進行擠壓拉伸，生成簡單三維造型，在構(gòu)建好的三維模型基礎(chǔ)上進行二次裁剪，繼續(xù)擠壓拉伸，從而獲得所需的復(fù)雜三維造型。同時，設(shè)計師可以通過生成的剖面了解所建模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并將該二維剖面圖導(dǎo)入AutoCAD進行編輯處理。
[0027]現(xiàn)有三維造型建模方法，其建模過程中涉及大量的點-點、線、面操作，并且要求操作人員有豐富的空間控制能力，對操作人員專業(yè)性要求比較高，而且生成的造型不易進行二次編輯，實用性不強。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0028]本發(fā)明要解決的問題是:目前，根據(jù)三維室內(nèi)造型的建模方法主要分為2類:導(dǎo)入3ds設(shè)計的效果圖來對實體進行建模和自身的建模模塊實現(xiàn)三維建模，前者通過導(dǎo)入3dS設(shè)計的效果圖來對實體進行建模，但是一旦導(dǎo)入，設(shè)計的三維模型便不能再進行動態(tài)編輯和修改，后者3ds建模過程非常復(fù)雜，涉及大量的點、線、面編輯操作，對建模人員要求很高，建模完成后的修改步驟也十分復(fù)雜。
[0029]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種基于模板的三維造型建模方法，用于室內(nèi)建模的模塊化造型搭建，包括以下步驟:
[0030]I)建立三維模型:
[0031]設(shè)定所需模型，基于多邊形裁剪算法，采用擠壓建模實現(xiàn)由二維平面輪廓到三維模型的快速生成；
[0032]2)建立模板:
[0033]將步驟I)建立三維模型的操作步驟保存為模板，將三維造型從二維編輯到三維拉伸的所有操作步驟按序作為節(jié)點保存在腳本文件中，通過保存節(jié)點信息的方式來保存這些操作，得到各個三維模型的生成模板，將所述生成模板存儲至模板庫；
[0034]3)利用模板技術(shù)快速生成三維造型:
[0035]選取要搭建的三維造型對應(yīng)的模板，根據(jù)模板自動生成對應(yīng)的三維模型，完成三維造型。
[0036]進一步的，根據(jù)所述建立三維模型的操作步驟設(shè)置對應(yīng)的步驟解析程序，解析結(jié)果用于對操作的二次編輯。
[0037]所述步驟I)包括以下步驟:
[0038]11) 二維多邊形裁剪:
[0039]對要建立的三維模