基于三维信息的动态造型控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于三维信息的动态造型控制方法，特别涉及一种将计算机三维模型信息实时转化成控制动态造型机械传动装置造型的方法。本方法包含以下步骤：①根据真实的动态造型环境设置虚拟三维环境；②将三维模型导入至所述的三维环境中，调整尺寸并确立在所述三维环境中的相对位置关系；③根据所述三维模型的顶点坐标信息，在所述三维环境内生成参考线；④根据所述三维环境中的单元格以及参考线生成控制数据。通过该方法，可以快速高效地将计算机三维模型信息转化成控制数据，精确地控制动态造型机械传动装置，实现动态三维造型。
【专利说明】基于三维信息的动态造型控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于三维信息的动态造型控制方法，特别涉及一种将计算机三维 模型信息实时转化成控制动态造型机械传动装置运行的方法。
【背景技术】
[0002] 随着计算机技术的发展，利用先进的数控技术，结合机械传动装置，实时生成三维 实体的应用案例越来越多，这类案例主要通过由步进电机、舵机、液压顶杆等设备构成的机 械传动装置，展示各种图形、曲线、曲面等造型，传递各种信息，用户还可以对这一生成的三 维实体进行浏览和交互。例如由德国互动设计公司ART + COM为德国慕尼黑宝马博物馆 设计的装置"The Kinetic Sculpture",通过信息驱动，将虚拟轮廓通过机械装置以运动造 型的方式呈现给观众，整个装置由714个金属球体组成，每个球体由钢丝吊起直接与步进 电机相连，可以实时变幻的实体造型。又比如上海2010年世博会，1020个凌空漂浮的圆球 矩阵，通过升降位置和光影投射，变换出各种造型的动态雕塑，美轮美奂，令观者震撼。
[0003] 利用机械传动装置实时生成的三维实体，不仅能够满足视觉感知功能，还能满足 触觉感知功能，是一种较理想的动态造型技术。目前该领域对机械传动装置的控制方式主 要基于以下几种方式：（1)针对每一个传动点，输入运动坐标，执行程序；（2)利用二维信息 (如图片、视频或音频等信号)，将信息转换为深度值，再传输给控制器，改变传动装置的运 动轨迹。（3)通过复杂计算，对三维模型进行解析，用三维信息作为对机械装置的控制源。
[0004] 但在实际应用中，前两种方式既不能直观地控制传动装置，又难以实现多角度高 精度的动态造型结果。而最后一种方式，虽然实现了通过三维信息直观控制，但往往需要通 过OpenGL或者Direct3D等图形程序接口进行复杂的开发才能够完成，特别是在模型复杂 或模型数量大的情况下，在三维解析过程中会消耗大量的资源，产生了大量多余的信息，延 长了数模转换的时间，影响了实时控制的效果，因此有通过其他方法改进的余地。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于三维信息的动态造型控制方法，通过该方法，可 以快速高效地将计算机三维模型信息转化成控制数据，精确地控制动态造型机械传动装 置，实现动态三维造型。
[0006] 为达上述目的，本发明的技术方案如下： 一种基于三维信息的动态造型控制方法，其特征在于，包含以下步骤： ?根据真实的动态造型环境设置虚拟三维环境；?将三维模型导入至所述的三维环境中， 调整尺寸并确立在所述三维环境中的相对位置关系；?根据所述三维模型的顶点坐标信 息，在所述三维环境内生成参考线；?根据所述三维环境中的单元格以及参考线生成控制 数据。
[0007] 所述的基于三维信息的动态造型控制方法，其特征在于：所述步骤?针对用于动 态造型的机械传动装置的结构特征及运动范围设置三维环境时，其中包括对所述机械传动 装置运动单元的尺寸、数量、排列方式以及运动行程的具体设置。
[0008] 所述的基于三维信息的动态造型控制方法，其特征在于：所述步骤?针对用于动 态造型的机械传动装置的结构特征及运动范围设置三维环境时，其具体实现方式是：1. 1) 根据所述机械传动装置运动单元的总尺寸设置Xy轴平面的大小；1. 2)根据所述的机械传 动装置的最大运动行程，确定三维空间总高度；1. 3)根据所述机械传动装置的运动单元 数量及排列方式，在三维空间xy轴平面上排列单元格； 所述的基于三维信息的动态造型控制方法，其特征在于：所述步骤?将三维模型导入 至所述的三维环境中，调整尺寸并确立在所述三维环境中的相对位置关系时，其具体实现 方式是：2. 1)将所述的三维模型导入到所述三维环境后，将所述三维模型底部放于所述三 维环境xy轴平面上；2. 2)根据所述三维环境的尺寸，将所述的三维模型按比例缩放至所述 三维环境范围内。
[0009] 所述的基于三维信息的动态造型控制方法，其特征在于：所述步骤?根据所述三 维图形的顶点坐标，在所述三维环境内生成参考线时，其具体实现方式是：3. 1)从所述三维 模型的每个顶点出发，用直线垂直连接xy轴平面；3. 2)将垂直于单元格内最长的直线保留 下来作为参考线。
[0010] 所述的基于三维信息的动态造型控制方法，其特征在于：所述步骤?根据所述三 维环境中的单元格以及参考线生成控制数据时，其具体实现方式是：4. 1)根据所述单元格 的坐标确定机械传动装置的运动单元；4. 2)将所述单元格内的参考线的长度作为机械传动 装置对应运动单元的运动行程。
[0011] 所述的基于三维信息的动态造型控制方法，其特征在于：所述步骤Q根据所述三 维环境中的单元格以及参考线生成控制数据时，可根据三维模型（A103)与单元格（AlOl) 的尺寸比例来控制机械传动装置的造型精度。
[0012] 本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著的技术进 步：本发明可以快速高效地将计算机三维模型转化成控制数据，精确地控制动态造型机械 传动装置，实现动态三维造型。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1示出了本发明实现方法的流程图。
[0014] 图2示出了本发明实现方法的设置三维空间的示意图。
[0015] 图3示出了本发明实现方法的生成参考线的示意图。
[0016] 图4示出了本发明实现方法的不同精度造型的示意图。
【具体实施方式】
[0017] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰明白，以下结合附图实施例，对本 发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0018] 实施例一： 如图1所示：一种基于三维信息的动态造型控制方法，包含以下步骤：①根据真实的动 态造型环境设置虚拟三维环境；?将三维模型导入至所述的三维环境中，调整尺寸并确立 在所述三维环境中的相对位置关系；?根据所述三维模型A103的顶点坐标信息，在所述三 维环境内生成参考线A105 ;?根据所述三维环境中的单元格AlOl以及参考线A105生成控 制数据。
[0019] 实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下： 如图2所示：针对用于动态造型的机械传动装置的结构特征及运动范围设置三维环境 时，其中包括对所述机械传动装置运动单元的尺寸、数量、排列方式以及运动行程的具体设 置。其具体实现方式是：第一步，根据所述机械传动装置运动单元的总尺寸设置xy轴平面 的大小；第二步，根据所述的机械传动装置的最大运动行程，确定三维空间总高度A102 ; 最后根据所述机械传动装置的运动单元数量及排列方式，在三维空间xy轴平面上排列单 元格AlOl。将三维模型导入至所述的三维环境中，调整尺寸并确立在所述三维环境中的相 对位置关系时，其具体实现方式是：首先将所述的三维模型A103导入到所述三维环境后， 将所述三维模型A103底部放于所述三维环境xy轴平面上；然后根据所述三维环境的尺寸， 按实际情况，设置阈值，控制所述的三维模型A103在三维环境内的尺寸A104。
[0020] 如图3所示：根据所述三维图形的顶点坐标，在所述三维环境内生成参考线时，其 具体实现方式是：首先从所述三维模型A103的每个顶点出发，用直线垂直连接xy轴平面； 然后将垂直于单元格AlOl内最长的直线保留下来作为参考线A105。根据所述三维环境中 的单元格AlOl以及参考线生成控制数据时，其具体实现方式是：首先根据所述单元格AlOl 的坐标确定机械传动装置的运动单元；然后将所述单元格AlOl内的参考线A105的长度作 为机械传动装置对应运动单元的运动行程。
[0021] 如图4所示：第一单元格矩阵A106的单元格A105数量为10*10,第二单元格矩阵 A107的单元格数量为20*20,第三单元格矩阵A108的单元格数量为40*40,第四单元格矩 阵A109的单元格数量为80*80。该图示出了在设置三维环境中时，可根据三维模型A103与 单元格AlOl的尺寸比例来控制动态造型机械传动装置的造型精度，图4示出所述三维模型 A103与所述单元格AlOl数量越大，造型精度越高。
【权利要求】
1. 一种基于三维信息的动态造型控制方法，其特征在于，包含以下步骤： ?根据真实的动态造型环境设置虚拟三维环境；?将三维模型（A103)导入至所述的三维 环境中，调整尺寸并确立在所述三维环境中的相对位置关系；@根据所述三维模型（A103) 的顶点坐标信息，在所述三维环境内生成参考线；①根据所述三维环境中的单元格（AlOl) 以及参考线（A105)生成控制数据。
2. 根据权利要求1所述的基于三维信息的动态造型控制方法，其特征在于：所述步骤 ?针对用于动态造型的机械传动装置的结构特征及运动范围设置三维环境时，其中包括对 所述机械传动装置运动单元的尺寸、数量、排列方式以及运动行程的具体设置。
3. 根据权利要求2所述的基于三维信息的动态造型控制方法，其特征在于：所述步骤 ?针对用于动态造型的机械传动装置的结构特征及运动范围设置三维环境时，其具体实现 方式是：1. 1)根据所述机械传动装置运动单元的总尺寸设置xy轴平面的大小；1. 2)根据 所述的机械传动装置的最大运动行程，确定三维空间总高度（A102) ;1. 3)根据所述机械 传动装置的运动单元数量及排列方式，在三维空间xy轴平面上排列单元格（AlOl)。
4. 根据权利要求1所述的基于三维信息的动态造型控制方法，其特征在于：所述步骤 ?将三维模型（A103)导入至所述的三维环境中，调整尺寸并确立在所述三维环境中的相 对位置关系时，其具体实现方式是：2. 1)将所述的三维模型（A103)导入到所述三维环境 后，将所述三维模型（A103)底部放于所述三维环境xy轴平面上；2. 2)根据所述三维环境 的尺寸，将所述的三维模型（A103)按比例缩放（A104)至所述三维环境范围内。
5. 根据权利要求1所述的基于三维信息的动态造型控制方法，其特征在于：所述步骤 @根据所述三维图形的顶点坐标，在所述三维环境内生成参考线（A105)时，其具体实现方 式是：3. 1)从所述三维模型（A103)的每个顶点出发，用直线垂直连接xy轴平面；3. 2)将垂 直于单元格（AlOl)内最长的直线保留下来作为参考线（A105)。
6. 根据权利要求1所述的基于三维信息的动态造型控制方法，其特征在于：所述步骤 ?根据所述三维环境中的单元格（AlOl)以及参考线（A105)生成控制数据时，其具体实现 方式是：4. 1)根据所述单元格（AlOl)的坐标确定机械传动装置的运动单元；4. 2)将所述单 元格（AlOl)内的参考线（A105)的长度作为机械传动装置对应运动单元的运动行程。
7. 根据权利要求1所述的基于三维信息的动态造型控制方法，其特征在于：所述步骤 @根据所述三维环境中的单元格（AlOl)以及参考线（A105)生成控制数据时，可根据三维 模型（A103)与单元格(AlOl)的尺寸比例来控制机械传动装置的造型精度。
【文档编号】G06F17/50GK104331920SQ201410564457
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】蒋飞, 于瀛洁, 刘吉成, 郑华东 申请人:上海大学