一种线上交互式的礼品个性化定制的方法和系统与流程

本发明涉及3d打印与web在线交互技术，特别涉及一种支持线上交互的礼品个性化定制装置。

背景技术：

随着web在线交互技术和3d打印技术的发展，为普通用户提供线上交互式礼品定制服务已逐步引起人们的重视。以饰品在线定制网站马良行(http://www.malianghang.com/index，m-lab)为例，用户不仅可以在网页上挑选设计师的作品，也可以在线定制各种饰品，其支持文字、图像、二维码、声音波形等多种定制元素的添加。另一个例子是mitmedialab的研究项目nervers，其利用计算机结合自然、生物数学算法等以生成数字模型，用于珠宝首饰、衣服、灯具和器皿等的在线交互和展示。由于线上交互式的礼品定制服务可以满足人们的个性化需求，让普通百姓也能创造专属的礼品，因此具有广阔的市场前景。

然而，目前已有的线上交互式礼品定制服务在多样化定制的风格约束，以及在线交互的实时性方面仍存在一些问题：

1.普通用户参与的个性化定制中对于风格呈现没有充分的保障手段。目前已有的线上交互式礼品设计方案无法约束用户交互设计模型的质量，其中有两个难点：第一是不好量化设计的好坏，很难建立评价标准；第二是仅通过光顺计算及曲率测量等方式难以对生成点云模型做修正。这导致了用户设计作品良莠不齐，用户在筛选自己最满意的设计上也浪费了大量时间。如何智能化地辅助用户进行风格化的设计，是当前面临的一个难题。

2.很多优美的设计方案因为计算量大而无法实现在线交互式设计。以nervers为例，其中提供了许多生物数学的方法，生成了很多具有良好视觉效果的模型，但因为计算量庞大，无法实现线上交互。只有采用新的优化算法，减少计算量，加快计算速度，才能实现实时交互。

综上，需提供一种线上交互式礼品个性化定制服务，在支持用户参与多样化定制的同时保留设计师的美感约束，并且支持复杂模型的实时交互。对于满足用户个性化需求，发现个性化定制的市场增长点，引领礼品个性化定制相关技术发展具有积极作用。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中存在的问题，提供一种高效的线上交互式的礼品个性化定制的方法和装置。

本发明通过对分形算法叶脉建模过程(图论方法)进行改进，来提高交互速度，通过mophy算法引入设计师风格化规律约束解决最终交互形态效果问题。在大规模点采样模型数据中，对初始模型和目标模型对应特征点建立映射，并通过邻域选取消除过渡模型可能出现的裂缝。

具体地，本发明所提供的线上交互式的礼品个性化定制方法，包括：

1)根据用户的输入，确定二维基本分形图；

2)将所述二维基本分形图与预先确定的设计进行比较：

若这两者之间的差异大于设置的阈值，则选择一个处于这两者之间的方案以作为用于实体造型的二维基本分形图；

若所述差异小于所述阈值，则采用原有的二维基本分形图作为用于实体造型的二维基本分形图；

3)利用实体造型技术，根据当前二维基本分形图生成三维礼品模型。

优选地，根据所述方法，其中步骤1)包括：

1-11)接收用户输入的语法命令，所述语法命令包括：向前、向后、旋转及角度；

1-12)根据所输入的语法命令形成的轨迹，确定所述二维基本分形图。

优选地，根据所述方法，其中步骤1)包括：

1-21)接收用户绘制的轨迹；

1-22)根据所述轨迹，确定所述二维基本分形图。

优选地，根据所述方法，其中步骤1)包括：

1-31)接收用户提供的参数，所述参数包括以下一项或多项：

线段长度、对线段进行等分的数量、对等分后的第几个线段进行替换操作、将所述待替换的线段替换为何种形状；

1-32)根据所述参数，利用koch递归算法生成分形图。

优选地，根据所述方法，其中步骤2)包括：

2-1)从所述二维基本分形图中提取特征点，使其与所述设计上的特征点一一对应；

2-2)针对所述二维基本分形图的每个特征点，计算其与所述设计中对应特征点之间的距离；

2-3)若所述距离大于设置的阈值，则在所述二维基本分形图的所述特征点与所述设计中对应特征点之间的位置上选择一点，作为新的特征点来替代所述二维基本分形图的所述特征点。

优选地，根据所述方法，其中步骤2-3)包括：

利用线性插值法选择所述新的特征点。

优选地，根据所述方法，其中步骤2-3)包括：

在进行线性插值时，通过改变比例参数调整所述新的特征点与所述设计之间的相似程度。

优选地，根据所述方法，其中步骤3)包括：

利用当前二维基本分形图的轮廓以及设置的截面半径，生成三维点集，以将所述三维点集连接成三维多边形模型。

优选地，根据所述方法，其中步骤3)包括：

对所述三维多边形模型进行以下一种或多种加工：光顺、去噪、简化重采样、压缩、渲染。

并且，本发明还提供了一种线上交互式的礼品个性化定制的系统，包括：

存储器，存储有用于执行下列步骤的程序：

1)根据用户的输入，确定二维基本分形图；

2)将所述二维基本分形图与预先确定的设计进行比较：

若这两者之间的差异大于设置的阈值，则选择一个处于这两者之间的方案以作为用于实体造型的二维基本分形图；

若所述差异小于所述阈值，则采用原有的二维基本分形图作为用于实体造型的二维基本分形图；

3)利用实体造型技术，根据当前二维基本分形图生成三维礼品模型；

处理器，用于执行所述程序。

本发明具有如下特点和有益效果：

可以基于用户的定制需求自动生成具有美感约束的个性化礼品，例如耳环、戒指、项链、挂坠等。无需复杂的人工操作便可得到定制的礼品模型，其相较于现有的礼品定制方法更加简便。根据本发明的方法尤为适于生成类似于植物叶脉、枝干等形状的礼品模型，其也可以应用于其他类型的礼品定制，例如家具、器皿等。

附图说明

图1是利用本发明提供的高效的线上交互式的礼品个性化定制装置进行礼品个性化定制的流程图；

图2a示出了根据本发明的一个实施例利用语法命令所行进的轨迹绘制的分形图；

图2b示出了根据本发明的一个实施例通过koch递归算法绘制分形图的示意图；

图2c示出了根据本发明的一个实施例利用用户绘制的轨迹生成叶片状耳环的一个示意图；

图3示意性地示出根据本发明的一个实施例对分形图中的轨迹进行曲度变换后生成叶片状耳环的一个示意图；

图4示出了由设计师提供的几种设计模板的示意图；

图5示意性地示出了利用放样法根据二维分形图的线条以及设定的截面形状生成三维模型的示例；

图6示意性地示出了本发明利用放样法构建三维模型的一个具体实例。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明加以说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明的一个实施例，提供一种高效的线上交互式的礼品个性化定制方法，其流程如图1所示。概括说来，本发明利用设计师预先设计好的模型对由用户提供的原始二维基本图形(在后文中称作“分形图”)进行约束，例如对原始的分形图进行修饰使其兼具用户所输入的特征以及设计师所设计的特征；并且，利用经约束的分形图生成三维的定制礼品，所述礼品可以是通过将二维的经过约束的分形图按照一定的规律在空间上重复地排列所生成的三维的手链、手镯、项链、耳环、艺术摆件等礼品。

参考图1，根据本发明的一个实施例，进行线上交互式礼品个性化定制的方法包括：

sp1：确定用于生成礼品的二维基本分形图。所述分形图源自于用户的个性化定制，其为具有自相似分形的图案，例如海岸线、树枝、叶脉、连续排列的字母数字等图案。

根据本发明的一个实施例，利用向前、向后、旋转及角度的语法命令所行进的轨迹生成树枝形状的分型图。例如，采用命令“f”代表向前行进5个单位长度，命令“b”代表向后行进5个单位长度，“l”表示向左旋转，“r”表示向右旋转，在输入旋转命令之后输入“0”-“180”的数字表示需要旋转的角度，“o”表示回到起点，每一行代表一条命令。

举例说明，利用以下12行命令可以绘制出如图2a所示出的分形图。

除上述利用语法命令进行的文法构图算法之外，在本发明中还可以采用其他恰当的算法来生成分形图，例如，递归算法。以koch递归算法为例，其将一给定长度的线段进行三等分，并将三等分后位于中间位置的线段替换为一个去掉底边的等边三角形；完成上述步骤后再对经过等分后所形成的新的线段重复上述步骤，直到生成所需的轨迹，以获得分形的koch曲线。

参考图2b，根据本发明的一个实施例，在利用koch递归算法生成分形图时，首先对图2b(1)所示出的由(ax,ay)和(bx,by)这两点所确定的线段执行三等分的步骤，可采用下式来确定图2b(2)中(cx,cy)和(ex,ey)这两点的坐标：

cx＝ax+(bx-ax)/3，cy＝ay+(by-ay)/3，

ex＝bx-(bx-ax)/3，ey＝by-(by-ay)/3；

将(cx,cy)和(ex,ey)所确定的线段替换为边长为l、角度为alpha、顶点为(dx,dy)的等边三角形，其中，

l＝sqrt((ex-cx)^2+(ey-cy)^2)，alpha＝atan((ey-cy)/(ex-cx))，

dy＝cy+sin(alpha+pi/3)*l,dx＝cx+cos(alpha+pi/3)*l；

随后，利用递归算法对新获得的各个线段重复上述步骤，直到达到退出条件，例如当最新形成的线段长度小于所设定的阈值时停止并输出所获得的轨迹以作为分形图，如图2b(3)所示。应当理解，还可以对上述算法中一些参数进行修改，例如以四等分来代替三等分，或者将新形成的处于中间位置的线段替换为等腰三角形或半圆形等其它形状，上述参数可以通过接收用户的输入来确定。例如，由用户设置线段的长度、对线段进行等分的数量、对等分后的第几个线段进行替换、将该待替换的线段替换为何种形状，等。

根据本发明的一个实施例，还可以接收用户绘制的图案以生成分形图。例如，根据用户利用鼠标、数位板绘制生成的轨迹生成分形图，所述轨迹满足自相似和/或对称的条件。再例如，在接收到用户绘制的图案后，对该图案进行分析，若其既不满足大致上为中心对称或轴对称，也不满足大致上自相似，则认为其不满足分形图的要求，提示用户重新输入或选择其他生成分形图的方式。

根据本发明的其他实施例，还可以进一步地对用户绘制的轨迹进行优化，以使其满足重复、连贯等要求，例如对线条轨迹中间断的部分进行补齐。

图2c示出了利用用户绘制的轨迹生成叶片状耳环的一个示意图。其中，图2c(1)为由用户绘制的满足要求的曲线，可以直接利用该曲线生成叶片状的耳环模型；图2c(4)为用户绘制的不满足要求的曲线，其线条超出模板边界致使其在随后的步骤中无法与设计师提供的模板进行映射，因而需要如图2c(3)所示出的对其进行一定的修改和处理，以生成如图2c(2)所示出的叶片状耳环。

此外，本发明还可提供对上述多种生成分形图的方式的任意组合，供用户进行选择。

sp2：对在上述步骤sp1中生成的分形图的至少部分轮廓执行对数算法，使得其中较长的直线部分成为带有曲度的富有美感的弧线。对数算法可以采用对直线的一个坐标方向执行对数算法，例如，假设sp1中获得的分形图的一个直线片段可被表示为y＝0.5x，对其执行对数算法后获得弧线y＝log2(0.5x)。图3示出了对分形图中直线轨迹进行曲度变换以生成叶片状耳环的一个示意图，可以对图3(1)分形图中的直线线段进行对数运算，获得图3(3)所示出的图形，以生成图3(4)所示出的叶片状耳环。

应当理解，本发明的步骤sp2适用于将直线转化为弧线，在不需要执行此步骤的情况下，例如对于在步骤sp1中由用户绘制分形图、以及不对直线执行弧线转换的情况下，可以跳过此步骤而继续执行随后的sp3。

sp3：将所获得的分形图与由设计师预先进行的设计进行比较，判断这两者之间的差别是否小于设置的阈值，若所述差别不小于设置的阈值(即“否”)，则通过插值以缩小这两者之间的差异。

图4示出了三种由设计师提供的设计模型，可以看出其中包括具有曲度的叶脉纹理、树枝线条等。在此步骤中，可以根据所述设计的纹理提取用于与在前述步骤中获得的分形图进行比较的特征点，例如能够反映叶脉走向的多个点，以与所述分型图中对应的特征点进行比较。

根据本发明的一个实施例，对所述分形图的点集提取一个或多个特征点，所提取的特征值与设计师的设计上的特征点一一对应；并且，计算所述分形图的特征点与设计师的设计中对应的特征点在空间上的距离，从而判断所述距离是否小于设置的阈值。

所述分形图的特征点可以是线条上的拐点，或者是轮廓上间距相等的多个点。相对地，所述设计师的设计上的特征点可以是将设计师所设计的三维mophy模型转化为二维上的图形，并从该图形中提取的特征点。举例说明，与图4所示出的由设计师所提供的设计对应的三维mophy模板是由多个重复的二维图形叠加生成。可预先根据该三维mophy模板获得对应的二维图形，例如根据图3中的叶片状耳环模型反推出叶脉的轮廓，以根据二维图形确定设计中的特征点。

根据本发明的一个实施例，针对用户输入的分形图上的每个特征点，利用欧拉公式，计算其与设计师的设计中对应特征点的空间距离。假设，用户输入的分形图的特征点为a(x1,y1)，其对应于mophy模板上的点b(x2,y2)，则a点与b点间的空间距离为将所获得的距离，判断所述距离是否小于预先设置的阈值。

此步骤的目的在于，判断用户输入的分形图与设计师所设计的模板之间的差异，以便在差异较大的情况下采用设计师的模板对用户定制礼品进行美感上的约束。

如前文所述，所述差异不小于设置的阈值，则需要通过插值缩小所述差异。根据本发明的一个实施例，在所述设计师的设计与用户输入的所述分形图的特征点之间进行线性插值，缩小这两者之间的差异。进行线性插值所新生成的特征点可通过下式表示：

pathi(t)＝f(si,tj,t)＝(1-t)si+t.tj,t∈(0,1)

其中，path是源模型和目标模型的mophy路径，f()表示变量的变形函数，t表示约束参数以控制所生成的新的特征的更趋近于用户的输入还是更接近于设计师的设计，在上式中t参数越大则设计师的设计对分形图的约束力更强，所生成的礼品在风格上更接近于设计师的设计；下标i,j是属于实数的递增变量。si和tj是原始模型source和目标模型target.公式的意义是表示，模型中的几何点，或法线，颜色纹理，通过一个分时的方法，来计算mophy混合后的中间点的几何信息或颜色信息。

可以由用户对约束参数t的大小进行选择，通过调整参数t的大小来控制所获得的新的特征点更接近于用户的输入还是更接近于设计师的设计。

应当理解，在本发明中还可以采用任意其他现有的插值方法以达到缩小所述差异的目的。

sp4：利用实体造型技术，根据经过设计师的设计约束的二维分形图生成三维的礼品模型。对于手链，耳环等不同礼品，生成的方式相同，区别在于配饰的不同，例如，可以在模型数据库中存储多种链子模型，将生成的模型作为项链吊坠，又或者将生成的模型用作耳环吊坠部分。

本发明可以采用的实体造型技术包括：扫描表示法、构造实体几何法、边界表示法、单元分解法、参数形体调用法、空间枚举法。扫描法是通过扫描的方法，如激光扫描仪等构件几何模型，通常用三角测距方法。构造实体几何法，包含多种方法，如参数方法，放样法等。

下面以放样法为例，具体介绍从二维分形图生成三维模型的过程。这里的放样法指的是，利用分形图的轮廓线以及设置的截面半径，生成三维点集，并将所述点集连接成多边形模型。

图5示出了利用放样法根据二维分形图的路径(即放样路径曲线)和截面形状生成三维实体的一个示例。可以看出，所生成的三维实体由多边形网格构成，其在每一处的截面均为图5左侧的截面形状，所有截面的中心在空间上的连线与放样路径曲线上的特征点的连线保持一致。

图6示出了本发明利用放样法构建三维模型的一个具体实例，可以看出对于图6(1)的一条分形曲线，在其各个特征点的位置上设置三角形的截面形状，如图6(2)所示，将全部三角形的各个对应顶点连接起来可以获得一个如图6(3)所示出的三维模型。在空间上重复地排列该三维模型，可以获得图6(4)所示出的手镯状的三维模型。

sp5：为了使得通过本发明所生成的三维礼品模型更具美感，还可以进一步地对在步骤sp4中获得的三维礼品模型进行加工，例如光顺、去噪、简化重采样、压缩、渲染。

优选地，将所述三维礼品模型压缩为2进制编码，并采用webgl技术进行实时渲染。

在本发明的一些实施例中，可以由用户通过访问礼品个性化定制网站或app，在点击选择定制一个新的礼品时，启动上述步骤sp1-sp5。

通过上述实施例可以看出，基于本发明的方法可以根据用户的定制需求自动生成具有美感约束的个性化礼品，其无需复杂的人工操作便可快捷地生成兼具美感和用户个性化定制的三维礼品模型。

应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。