基于二维手绘线画图的三维实体模型便捷生成方法
【专利摘要】基于二维手绘线画图的三维实体模型便捷生成方法，包括以下三个步骤：1)设计者根据预先定义的手绘线条输入规则，在设计板上人工手绘出需要重建的实体模型的平行投影线画图；然后设计者利用二维手绘线画图指定由哪些顶点构成一个面的所有面信息，并指定作为立方角的初始顶点。2)从初始立方角开始，基于二维线画图是三维模型的平行投影这一假设，根据立方角理论，逐步恢复出所有顶点的三维坐标信息。3)根据设计者的输入信息，识别出三维实体上的所有平面和曲面，分别对模型上的多边形面、带状曲面、中空内柱面或中空多边形面进行网格三角化，并输出三维实体模型。本发明提供了一种操作简单、方便快捷、造型丰富的三维复杂实体的精确生成方法。
【专利说明】基于二维手绘线画图的三维实体模型便捷生成方法
【技术领域】
[0001]本发明专利设计针对设计者输入的二维手绘线画图，提供了一种能够方便快捷地生成三维实体模型的方法。
【背景技术】
[0002]在计算机辅助设计领域，根据设计者输入的二维手绘线画图生成三维实体模型相关技术的研究得到了普遍的重视。在构建一个三维实体模型之前，设计者往往会根据设计上和功能上的要求在二维设计板上人工手绘出实体模型的二维投影线画图，计算机能够根据二维线画图直接准确地重构出目标三维实体模型。该类技术的研究能够使得设计者根据自己的设计思路便捷生成各种实体模型，从而摆脱操作非常专业的三维建模软件如AutoCAD等软件的繁琐过程，这方面研究将很有意义。
[0003]现有的三维实体模型重建技术可以分为基于非精确二维线画图重建的优化方法和基于精确二维线画图重建的方法两类。针对一个用户输入的二维线画图，基于优化的方法主要是通过构建一个目标函数并对目标函数进行最优化来求解目标三维模型，该目标函数可以包含一些加权的正则性要求，而这些正则性要求往往是通过探索二维手绘图中的几何约束来构建的。基于优化的三维实体重建方法往往比较耗时，而且几何约束的寻找和定义是一个比较专业而复杂的问题，重建的结果容易受到所使用的几何约束正则性及其加权因子选取的影响而导致不准确。
[0004]基于精确二维线画图重建的方法是将二维线画图作为目标三维实体在XOY平面上的投影。换言之，可以将二维线画图上的顶点X坐标和y坐标实际对应于三维实体上顶点的X坐标和y坐标。三维实体重建的主要问题就是如果恢复出每个顶点的z坐标。现有的基于精确二维线画图进行三维实体重建的方法主要针对简单多面体物体的重建，重建的三维实体模型类型单一，难以满足各种实际需求。本发明主要针对复杂三维实体模型的重建，设计者输入含有手绘直线和手绘曲线的二维线画图，方法可以方便快捷地生成三维复杂实体模型，这些模型可以包含多边形面、带状曲面、中空内柱面或中空多边形面等。
【发明内容】
[0005]为了克服已有的三维实体模型生成中的操作复杂、重建结果不够准确、重建生成的三维实体外形简单类型单一等方面的不足，根据设计者设计出的二维手绘线画图，本发明提供了一种操作简单、方便快捷、造型丰富的三维复杂实体的精确生成方法。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0007]基于二维手绘线画图的三维实体模型便捷生成方法，包括以下步骤:
[0008]步骤1，设计者根据预先定义的手绘线条输入规则，根据设计上和功能上的要求在设计板上人工手绘出需要重建的实体模型的二维平行投影线画图；然后利用二维手绘线画图指定由哪些顶点构成一个面的所有面信息，并指定作为立方角的初始顶点；
[0009]步骤2，从初始立方角开始，基于二维线画图是三维模型的平行投影这一假设，根据立方角理论，逐步恢复出所有顶点的三维坐标信息；
[0010]基于二维线画图是三维实体模型平行投影的假设，可以将二维线画图上的顶点X坐标和y坐标实际对应于三维实体上顶点的X坐标和y坐标,需要恢复的仅仅是每个顶点的z坐标。假定初始立方角顶点z坐标为0，利用立方角理论可以计算出每个顶点的z坐标如下:设点O是立方角，假设a、b和c分别是以点O为起点的三个两两垂直的空间向量0A、OB和OC之间的夹角，那么顶点A、B和C的z坐标可以用以下公式(I)得到:
[0011]
[0012]
【权利要求】
1.基于二维手绘线画图的三维实体模型便捷生成方法，包括以下步骤: 步骤1，设计者根据预先定义的手绘线条输入规则，根据设计上和功能上的要求在设计板上人工手绘出需要重建的实体模型的二维平行投影线画图；然后利用二维手绘线画图指定由哪些顶点构成一个面的所有面信息，并指定作为立方角的初始顶点； 步骤2，从初始立方角开始，基于二维线画图是三维模型的平行投影这一假设，根据立方角理论，逐步恢复出所有顶点的三维坐标信息； 基于二维线画图是三维实体模型平行投影的假设，可以将二维线画图上的顶点X坐标和y坐标实际对应于三维实体上顶点的X坐标和y坐标,需要恢复的仅仅是每个顶点的z坐标。假定初始立方角顶点z坐标为O，利用立方角理论可以计算出每个顶点的z坐标如下:设点O是立方角，假设a、b和c分别是以点O为起点的三个两两垂直的空间向量OA、OB和OC之间的夹角，那么顶点A、B和C的z坐标可以用以下公式⑴得到:
2.如权利要求1所述的基于二维手绘线画图的三维实体模型便捷生成方法，其特征在于: 步骤I所述的手绘线条输入规则是: 规则一:直线代表平面的边； 规则二:曲线代表曲面的弯曲边界； 规则三:虚直线代表位于一个面内部的中空多边形的边，虚曲线代表位于一个面内部的洞； 规则四:生成连接线，连接线可以告知系统孔洞位于哪个面，或者告知那两个孔洞形成柱面；步骤3中根据设计者的输入信息，识别出三维实体上的所有平面和曲面，如模型上的多边形面、带状曲面、中空内柱面或中空多边形面通过依次连接相邻采样顶点进行网格三角化，具体的识别和重建方法是； (a)带状曲面的识别和重建:给定一个面，如果这个面满足:al)由四个顶点、两条直边和两条曲边构成；a2)四个顶点都不被两条曲边共享；那么这个面实际上是一个带状面，将其三角化后完成该面的重建； (b)可能包含内岛的空间平面多边形面的识别和重建:bl)检查构成该平面的顶点序列，若两个相邻顶点之间存在曲边，那么将该曲边的近似顶点序列插入到两个顶点之间的位置山2)搜索所有连接线并找到与之相连的所有孔洞，将这些孔洞作为该平面多边形的内岛；经过这两个步骤可以得到一个可能包含内岛的空间平面多边形，将其三角化后完成该面的重建； (c)中空内柱面和中空多边形面的识别和重建:对于任意一条连接线，如果它连接着两个孔洞，那么这两个 孔 洞实 际形成一个内柱曲面，将其三角化后完成该面的重建。
【文档编号】G06T17/20GK103473811SQ201310364406
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】缪永伟, 林海斌 申请人:浙江工业大学