一种曲面模型创建方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明实施例涉及图形处理技术领域，尤其涉及一种曲面模型创建方法及装置。【背景技术】
[0002] 曲面建模在计算机图形学和计算机辅助设计等很多领域有很广泛的应用，例如增 强现实中基于隔空手势的3D模型创建，基于医学数据的3D模型重建，地形重建等。这个问 题的输入是一系列的平面封闭曲线，它们由用户手动输入，或从扫描的2D切片中提取，输 出是插值输入曲线的光滑曲面。
[0003] 随着相关技术的发展和交互式应用的普及，基于截面线的动态曲面创建正成为人 们新的需求。动态曲面创建是指随着一系列动态输入的截面线，输出应为一系列的曲面，每 个曲面应当插值当前输入的截面线。动态曲面创建可以随着输入数据的变化给用户以实时 的反馈，使用户更好的了解当前的创建结果，并为下一步的数据输入提供参考。例如在基于 超声数据的3D医学模型创建中，当医生使用手持设备（例如超声扫描仪）对病人的身体进 行扫描时，利用动态曲面创建技术便可获得实时创建的3D器官模型，医生可根据实时创建 结果调整扫描的位置和方向，以获得感兴趣的器官的完整模型创建结果。
[0004] 目前已有的动态曲面创建的解决方案，通常需要依赖每个区域内的中轴平面集， 即根据当前输入的所有截面线所在的平面将3D空间划分成若干区域，计算每个区域的中 轴平面集，将区域的每个面上的截面线投影到该区域的中轴平面集上，将截面线与中轴平 面集上的投影相连，构成一个几何体，接着提取所有几何体的表面并拼接在一起，形成该区 域的子曲面，将所有区域的子曲面连接起来，构成最终的曲面模型。
[0005] 上述方法的创建结果很大程度上依赖于每个区域的中轴平面集的计算，在动态重 建的过程中，由于新的截面线的输入或使分割的区域的形状发生变化，而分割的区域的形 状发生变化会导致中轴平面集也发生很大变化，从而引起动态重建结果变化的不自然和不 可预测，且当分割的区域的形状比较复杂时，计算出的中轴平面的形状也会比较复杂，从而 会导致创建结果中含有一些局部拓扑噪声，降低了重建曲面的拓扑质量。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明实施例提供了一种曲面模型创建方法及装置，能够避免局部拓 扑噪声，从而提高了曲面模型的拓扑质量。
[0007] 本发明实施例第一方面提供了一种曲面模型创建方法，包括：
[0008] 获取已输入的目标物件的截面线；
[0009] 利用所述已输入的目标物件的截面线所在的平面对三维空间进行区域划分； [0010] 根据每个区域的形状及每个区域包含的截面线生成位于每个区域内的几何体，所 述几何体的表面插值有每个区域包含的截面线，提取位于每个区域内的几何体的表面以生 成位于每个区域内的子曲面，所述子曲面插值有该区域包含的截面线；
[0011] 拼接所述子曲面得到所述目标物件的曲面模型。
[0012] 结合本发明实施例的第一方面，在本发明实施例第一方面的第一种实施方式，所 述利用所述已输入的目标物件的截面线所在的平面对三维空间进行区域划分之后，所述方 法还包括确定每个区域的类型，以对同一类型的区域采用同一处理方法进行处理，所述确 定每个区域的类型具体为：
[0013] 若构成某一个区域的所有面中，有两个或两个以上的面包含所述截面线，则确定 所述区域为主体区域；
[0014] 若构成某一个区域的所有面中，只有一个面包含所述截面线，则确定所述区域为 边缘区域；
[0015] 若构成某一个区域的所有面中，没有任何面包含所述截面线，则确定所述区域为 空置区域。
[0016] 结合本发明实施例第一方面的第一种实施方式，在本发明实施例第一方面的第二 种实施方式，所述对同一类型的区域采用同一处理方法进行处理包括：
[0017] 对于所述主体区域，选取所述主体区域中任意一个包含截面线的平面，以所述平 面内的截面线围成的区域为底面，沿与所述底面垂直的方向平移所述底面生成顶面与所 述底面形状相同的几何体，所述几何体的表面插值有所述截面线，所述几何体的高度hp = δ，其中δe(0,1)，!^为所述截面线的中心与以所述截面线的中心为起点，以垂直于 所述底面的方向发出的射线与构成所述主体区域的其他平面相交的点之间的最短距离；
[0018] 针对所述主体区域包含的其他截面线，按照上述方法生成插值所述其他截面线的 几何体；
[0019] 对超出所述主体区域内的几何体进行处理，以使所有几何体位于所述主体区域 内；
[0020] 求解位于所述主体区域内的所有几何体的并集，提取所述并集的表面作为位于所 述主体区域内的子曲面，所述子曲面插值有所述主体区域包含的截面线。
[0021 ] 结合本发明实施例第一方面的第二种实施方式，在本发明实施例第一方面的第三 种实施方式，所述主体区域至少包括第一截面线与第二截面线，所述生成的位于所述主体 区域内的几何体至少包括第一几何体与第二几何体，所述第一几何体的表面插值所述第一 截面线，所述第二几何体的表面插值所述第二截面线，所述对超出所述主体区域内的几何 体进行处理，以使所有几何体位于所述主体区域内包括：
[0022] 当所述第一截面线与所述第二截面线不相交，所述第一几何体和/或所述第二几 何体超出所述主体区域时，减小所述第一几何体和/或所述第二几何体的S的取值，以调 整所述第一几何体和/或所述第二几何体的高度hp，从而使得所述第一几何体和/或所述 第二几何体位于所述主体区域内；和/或
[0023] 将所述第一几何体和/或所述第二几何体的顶面的轮廓线上的所有点向所述顶 面的中心移动，直至所述顶面的轮廓线上的所有点位于所述主体区域内。
[0024] 结合本发明实施例第一方面的第二种实施方式，在本发明实施例第一方面的第四 种实施方式，所述主体区域至少包括第一截面线与第二截面线，所述生成的位于所述主体 区域内的几何体至少包括第一几何体与第二几何体，所述第一几何体的表面插值所述第一 截面线，第二几何体的表面插值所述第二截面线，当所述第一截面线与所述第二截面线相 交时，所生成的所述第一几何体的顶面的轮廓线上与所述第一截面线上预设的点对应的点 位于所述主体区域内，所述第一截面线上预设的点为与所述第二截面线所在的平面之间的 距离小于第一距离阈值的点。
[0025] 结合本发明实施例第一方面的第四种实施方式，在本发明实施例第一方面的第五 种实施方式，所述对超出所述主体区域内的几何体进行处理，以使所有几何体位于所述主 体区域内包括：
[0026] 步骤一：将所述第一几何体的顶面的轮廓线上超出所述主体区域的点移动至所述 主体区域内；
[0027] 步骤二：将移动之后的所述第一几何体的顶面的轮廓线利用曲线光滑算法进行变 形，变形的过程中，保留移动之后的顶面的轮廓线上与构成所述主体区域的其他平面的距 离小于第二距离阈值的点；
[0028] 确定变形之后的第一几何体的顶面的轮廓线上仍有超出所述主体区域的点，重复 步骤一及步骤二，直至变形之后的第一几何体的顶面的轮廓线上的点全部位于所述主体区 域之内；
[0029] 和/或当所述第二几何体超出所述主体区域时，采用与所述第一几何体相同的处 理方法对所述第二几何体进行处理。
[0030] 结合本发明实施例第一方面的第五种实施方式，在本发明实施例第一方面的第六 种实施方式，所述第一几何体与所述第二几何体相交，相交部分为立体区域。
[0031] 结合本发明实施例第一方面的第一种实施方式，在本发明实施例第一方面的第七 种实施方式，所述对同一类型的区域采用同一处理方法进行处理包括：
[0032] 对于所述边缘区域，以所述边缘区域的截面线围成的区域为底面，将所述底面沿 与所述底面垂直的方向向构成所述边缘区域的其他平面投影，找出投影面积最大的平面；
[0033] 将所述底面沿与所述投影面积最大的平面垂直的方向进行投影，得到所述底面在 所述投影面积最大的平面上的投影轮廓线，连接所述投影轮廓线与所述底面形成第三几何 体，提取所述第三几何体的表面生成位于所述边缘区域内的子曲面，所述子曲面插值有该 区域包含的截面线；
[0034] 对于所述空置区域，不做处理。
[0035] 结合本发明实施例第一方面的第七种实施方式，在本发明实施例第一方面的第八 种实施方式，在连接所述投影轮廓线与所述底面形成第三几何体之后，还包括：
[0036] 将所述第三几何体延伸至所述主体区域和/或其他边缘区域，以使所述第三几何 体与所述主体区域和/或所述其他边缘区域内的几何体相交。
[0037] 结合本发明实施例的第一方面，或第一方面的第一种、或第二种、或第三种、或第 四种、或第五种、或第六种、或第七种、或第八种实施方式，在本发明实施例第一方面的第九 种实施方式，所述方法还包括：
[0038] 获取新输入的所述目标物件的截面线；
[0039] 根据所述新输入的所述目标物件的截面线所在的平面对所述三维空间重新进行 区域划分；
[0040] 针对受到所述新输入的所述目标物件的截面线影响的区域，重新生成位于受影响 区域内的子曲面，所述子曲面插值有所述受影响区域包含的截面线；
[0041] 拼接所有区域内的子曲面得到更新后的所述目标物件的曲面模型。
[0042] 结合本发明实施例的第一方面，或第一方面的第一种实施方式，在本发明实施例 第一方面的第十种实施方式中，所述截面线为平面封闭曲线，位于同一平面的两条截面线 不相交。
[0043] 结合本发明实施例的第一方面，或第一方面的第一种实施方式，在本发明实施例 第一方面的第十一种实施方式中，对于分别位于任意两个非平行平面第一平面和第二平面 上的第一截面线和第二截面线，所述第一截面线和所述第二平面的交点集与所述第二截面 线和所述第一平面的交点集一致。
[0044] 结合本发明实施例的第一方面，或第一方面的第一种、或第二种、或第三种、或第 四种、或第五种、或第六种、或第七种、或第八种实施方式，在本发明实施例第一方面的第 十二种实施方式，所述目标物件的曲面模型为细分曲面模型或三角网格曲面模型。
[0045] 本发明实施例第二方面提供了一种曲面模型创建装置，包括：
[0046] 获取单元，用于获取已输入的目标物件的截面线；
[0047] 区域划分单元，用于利用所述已输入的目标物件的截面线所在的平面对三维空间 进行区域划分；
[0048] 处理单元，用于根据每个区域的形状及每个区域包含的截面线生成位于每个区域 内的几何体，所述几何体的表面插值有每个区域包含的截面线，提取位于每个区域内的几 何体的表面以生成位于每个区域内的子曲面，所述子曲面插值有该区域包含的截面线；
[0049] 拼接单元，用于拼接所述子曲面得到所述目标物件的曲面模型。
[0050] 结合本发明实施例的第二方面，在本发明实施例第二方面的第一种实施方式中， 所述装置还包括：
[0051] 确定单元，用于在所述区域划分单元将所述三维空间进行区域划分后，确定每个 区域的类型，以使得所述处理单元对同一类型的区域采用同一处理方法进行处理，所述确 定单元确定每个区域的类型具体包括：
[0052] 当构成某一个区域的所有面中，有两个或两个以上的面包含所述截面线时，所述 确定单元确定所述区域为主体区域；
[0053] 当构成某一个区域的所有面中，只有一个面包含所述截面线时，所述确定单元确 定所述区域为边缘区域；
[0054] 当构成某一个区域的所有面中，没有任何面包含所述截面线时，所述确定单元确 定所述区域为空置区域。