专利名称：以特征线分割重建规则化三维模型的方法
技术领域：
本发明是有关于重建三维模型的技术，特别是有关于将原始三维模型以特征线分割重建为规则化三维模型的方法。
背景技术：
以三维扫描仪或三维绘图软件等方式所取得的三维模型数据通常会因为数据量过大、数据不规则或数据不完整等因素而无法使用。因此，这些资料必须经过如分割、简化、整合、重建等处理程序才能符合使用需求。传统上，会以人工方式加以处理以使数据符合使用需求。但以人工方式处理非常耗时，而且，在数据不规则或数据不完整的情形下，人工处理方式难以重建令人满意的三维模型。
另外，也可以模型自动简化程序来处理三维模型数据(如美国专利第6,285,372号)。以模型自动简化程序来处理三维模型数据，其重建后的三维模型的外型特征与模型网格规则性虽能维持一定品质，但模型网格的结构与分布往往与使用者预期不符，造成失真，无法符合使用者需求。再者，若欲作局部的变更往往会影响全局，无法根据使用需求弹性调整，处理上相当不便。因此，上述两种方法在使用上均不甚理想，然而，目前并没有一程序化的方法来解决上述诸多问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的是提出一程序化的设计方法，将原始复杂的三维模型转变为规则化的三维模型，有效地解决传统方法与习知技术无法突破的问题。
另外，本发明的另一目的是提出一互动的方式，使得使用者能于操作过程中介入，根据使用需求进行局部变更调整，以产生更符合使用需求的重建模型。
为获致上述诸目的，本发明提出将原始三维模型以特征线分割重建为规则化三维模型的方法。首先，输入原始三维模型数据；接着，在该原始三维模型上布建复数三维特征线，再将该等三维特征线转化为具有复数连接点、连接线及回路结构的三维脉络线；然后，可调整该三维脉络线中每一该等连接线的取样点数目以及增加或删除个别回路，并输出该三维脉络线；接着，依据该三维脉络线，产生一规则化的三角网格样板模型；最后，将该三角网格样板模型投影至该原始三维模型以产生一新三维模型。
本发明所提出的方法，可将原始复杂的三维模型转变为规则化的三维模型，所产生的新三维模型既具有规则化的三角网格组织架构，亦同时保有原始三维模型的外型特征。有效地解决传统方法与习知技术无法突破的问题。
图1是本发明的以特征线分割重建规则化三维模型的方法的执行流程图；图2是显示本发明所揭示的实施例的原始三维模型；图3是显示本发明所揭示的实施例的布建于原始三维模型上的三维特征线；图4是显示本发明所揭示的实施例的三维脉络线及其取样点；
图5A、图5B是显示本发明所揭示的实施例的规则化的三角网格样板模型；图6A、图6B是显示本发明所揭示的实施例的投影后的新三维模型；图7A、图7B是显示本发明所揭示的实施例的提高局部分辨率的新三维模型。
具体实施例方式
请参照图1，本图是本发明的以特征线分割重建规则化三维模型的方法的执行流程图。如图所示，首先，必须输入原始三维模型的数据，即步骤S100。原始三维模型的数据可以三角网格的方式输入，以便进行如分割、转化、整合、重建等处理程序。请参照图2，图2是显示本发明所揭示的实施例的原始三维模型，即输入的原始三维模型数据，此原始三维模型数据具有363752个多边形(polygon)。接着，回到图1，执行步骤S102，在该原始三维模型上布建复数三维特征线。该等三维特征线是根据该原始三维模型的外观变化及结构而产生，可由人工绘制或由程序自动产生。因此，布建完成后的该等三维特征线即具有原始三维模型的外型与结构特性，以作为后续执行步骤的基础。请参照图3，图3是显示本发明所揭示的实施例的布建于原始三维模型上的三维特征线。
然后，请参照图1中的步骤S104，将该等三维特征线转化为具有复数连接点、连接线与回路结构的三维脉络线。上述转化的步骤包括取得所有该等三维特征线的交点以作为该等连接点，记录与每一该等连接点相接的任何该等连接线，搜寻所有构成封闭区域的任何该等连接线以作为该等回路。换言之，三维脉络线是由连接点、连接线及回路三元素所组成，连接点是三维特征线的交点，连接线是三维特征线的一部分，而回路是由连接线所构成。此步骤的主要功能是将前述不具规则性的该等三维特征线借由一转化的程序转变为具规则性架构的三维脉络线。接着，请参照图1中的步骤S106，可调整该三维脉络线中每一连接线的取样点数目以及增加或删除个别的回路并输出该三维脉络线。该等连接线的取样点数目会影响后续执行步骤中重建三角网格的疏密程度，取样数越多则重建后的三角网格愈密，反之则愈疏。而该等回路数目的增减会改变网格重建的方式，影响后续执行步骤中重建三角网格的网格结构。请同时参照图4，图4是显示本发明所揭示的实施例的三维脉络线及其取样点。
然后，如图1中的步骤S108。依据该三维脉络线中每一该等连接线的取样点数目，即步骤S106中所决定的取样点数目，在每一该等回路中建构规则化的三角网格，并将所有该等回路中的封闭三角网格组合成一规则化的三角网格样板模型。请参照图5A、图5B，图5A、图5B是显示本发明所揭示的实施例的规则化的三角网格样板模型。透过前述三维脉络线的组织，可完全控制该三角网格样板模型的组织架构。
接着，将该三角网格样板模型投影至该原始三维模型数据上，如图1中的步骤S110，用以产生一与原始外型相当接近的新三维模型。请参照图6A、图6B，图6A、图6B是显示本发明所揭示的实施例的投影后的新三维模型。如图所示，此规则化的新三维模型既具有规则化的三角网格组织架构，亦同时保有原始三维模型的外型特征，而此规则化的新三维模型具有3947个多边形，相较于该原始三维模型的数据量，明显地减少了三维模型的数据量，增强三维模型的应用范围。至此，依本发明所提出方法的执行步骤，已产生一新三维模型。所产生的该新三维模型可能已符合使用者需求，也可能仍不符合使用者需求，因此，再执行下述步骤。
再参照图1，若该新三维模型的分辨率已符合需求则输出该新三维模型，如步骤S114。但若该新三维模型不符合分辨率的需求，则可重新决定该三维脉络线中每一连接线设定取样点数目并增减该等回路的数目，如步骤S116，然后重复步骤S108及步骤S110，直到结果满意为止。如上所述，如果使用者希望局部提高所产生新三维模型的分辨率，可透过人机互动操控接口，针对所需求部分作局部调整。根据本发明所揭示的方法，其结果不仅可使最后输出的三维模型更符合使用者需求，也无需大费周张地重新操作所有步骤。请参照图7A、图7B，图7A、图7B是显示本发明所揭示的实施例的提高局部眼、鼻及口等部分分辨率的另一新三维模型。
综上所述，本发明所提出的方法，可将原始复杂的三维模型转变为规则化的三维模型，所产生的新三维模型既具有规则化的三角网格组织架构，亦同时保有原始三维模型的外型特征。有效地解决传统方法与习知技术无法突破的问题。其中，借由一互动的方式，使得使用者能于操作过程中介入，根据使用需求进行局部变更调整，以产生更符合使用需求的重建模型。达到本发明所欲达到的目的。
权利要求
1.一种以特征线分割重建规则化三维模型的方法，包括以下步骤(a)输入原始三维模型数据；(b)在该原始三维模型上布建复数三维特征线；(c)将该三维特征线转化为具有复数连接点、连接线及回路结构的三维脉络线；(d)决定该三维脉络线中每一该连接线的取样点数目以及增加或删除该回路，并输出该三维脉络线；(e)依据该三维脉络线，产生一规则化的三角网格样板模型；(f)将该三角网格样板模型投影至该原始三维模型，以产生一新三维模型；(g)若该新三维模型不符合分辨率的需求，则重新决定该三维脉络线中每一该连接线的取样点数、并且增加或删除该回路，再重复上述步骤(e)、(f)；否则，输出该新三维模型。
2.根据权利要求1所述的以特征线分割重建规则化三维模型的方法，其中，在该原始三维模型上布建该三维特征线是根据该原始三维模型的外观变化及结构而产生。
3.根据权利要求1所述的以特征线分割重建规则化三维模型的方法，其中，上述步骤(c)中，转化该三维特征线更包含下列步骤取得所有该三维特征线的交点以作为该连接点；记录与每一该连接点相接的任何该连接线；以及搜寻所有构成封闭区域的任何该连接线以作为该回路。
4.根据权利要求1所述的以特征线分割重建规则化三维模型的方法，其中，上述步骤(e)中，产生一规则化的三角网格样板模型，包括下列步骤依据步骤(d)每一该连接线所定的取样点数目，在每一该回路中建构规则化的三角网格；以及将所有该回路中的封闭三角网格组合成该三角网格样板模型。
5.一种以特征线分割重建规则化三维模型的方法，包括以下步骤输入原始三维模型数据；在该原始三维模型上布建复数三维特征线；将该三维特征线转化为具有复数连接点、连接线及回路结构的三维脉络线；决定该三维脉络线中每一该连接线的取样点数目以及该回路的数目，并输出该三维脉络线；依据该三维脉络线，产生一规则化的三角网格样板模型；将该三角网格样板模型投影至该原始三维模型，以产生一新三维模型；以及输出该新三维模型。
6.根据权利要求5所述的以特征线分割重建规则化三维模型的方法，其中，在该原始三维模型上布建该三维特征线是根据该原始三维模型的外观变化及结构而产生。
7.根据权利要求5所述的以特征线分割重建规则化三维模型的方法，其中，将该三维特征线转化为具有复数连接点、连接线及回路结构的三维脉络线尚包含下列步骤取得所有该三维特征线的交点以作为该连接点；记录与每一该连接点相接的任何该连接线；以及搜寻所有构成封闭区域的任何该连接线以作为该回路。
8.根据权利要求5所述的以特征线分割重建规则化三维模型的方法，其中，依据该三维脉络线，产生一规则化的三角网格样板模型，包括下列步骤依据该三维脉络线的每一该连接线所定的取样点数目，在每一该回路中建构规则化的三角网格；以及将该三维脉络线的所有该回路中的封闭三角网格组合成该三角网格样板模型。
全文摘要
一种以特征线(feature－line)分割重建规则化三维模型(3D model)的方法。本发明揭示一程序化的方法，将原始三维模型以特征线分割重建为规则化的三维模型。首先，输入原始三维模型数据并在该原始三维模型上布建三维特征线；接着，转化该三维特征线为一具连接点、连接线及回路结构的三维脉络线；然后，可调整该三维脉络线中连接线的取样点数目以及增减个别的回路并输出该三维脉络线；最后，依据该三维脉络线，产生一规则化的三角网格(mesh)样板模型并将该三角网格样板模型投影(projection)至该原始三维模型以产生一规则化三维模型。
文档编号G06T15/20GK1492382SQ0214635
公开日2004年4月28日 申请日期2002年10月24日 优先权日2002年10月24日
发明者陈加珍, 罗文秀 申请人:财团法人工业技术研究院