一种园林太湖石独峰形态自动生成方法及系统

1.本发明属于园林建造技术领域，具体涉及一种园林太湖石独峰形态自动生成方法及系统。


背景技术：

2.太湖石独峰是园林营造中重要的组成部分，园林中假山的营造常以太湖石为叠山石料，品相较好的太湖石则被用作独峰置石来丰富园林的景观欣赏。在叠山技术还未成熟前，历史上大部分园林庭院均以太湖石独峰为园林营造的重要的方式。历史中有大量的文章及绘画来记录奇石赏析，总结出“瘦、皱、透”来描述与赏析石峰。但是历史上遗留下来太湖石独峰大多为人工加工雕琢，自然成型的极少。随着公园建造的不断推进中，假山造园所用石料需求不断增大，因此私家庭院便更趋向于独峰置石来丰富景观，但是太湖石的自然瘦漏状态的石材又逐渐稀缺。
3.目前独峰形态的参考有两方面，一方面是参考历史遗留下来的独峰形态，另一方面是参考历史绘画中的关于独峰描绘的形态。这两种方法都存在参考案例太少的缺陷，无法满足广大的审美需求，同时，由于工匠加工时产生思维僵化，便会限制独峰造型的多样性，导致市场太湖石独峰加工模式化、无特点，造成私家庭院的独峰千篇一律。因此急需一种独峰形态自动生成方法来指导工匠对普通湖石进行加工，使之成为独峰来丰富园林的营造建设。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种园林太湖石独峰形态自动生成方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种园林太湖石独峰形态自动生成方法，包括如下步骤：
7.步骤1、先采集现存园林中的太湖石独峰的三维形态数据和历史绘画中太湖石独峰的图像数据，获得太湖石独峰的形态数据库与属性数据库，得出控制其形态及属性的各项参数；
8.步骤2、测量需要加工的湖石原料尺寸，选择太湖石独峰状态为立峰或卧峰，然后将湖石原料尺寸导入计算机3d建模软件中获得虚拟加工模型；
9.步骤3、将步骤2中的虚拟加工模型与步骤1中的形态数据库进行比对，输入形态控制点和路径控制点，生成符合湖石原料尺寸的独峰初始形态；
10.步骤4、根据步骤2中属性数据库的参数样本，在步骤3中获得的独峰初始形态内输入控制太湖石表面肌理的三个控制参数值，三个控制参数为“瘦”、“皱”和“透”控制参数，优化初始形态的独峰造型，使其生成最终的湖石独峰形态；
11.步骤5、将步骤4中调节完成的太湖石独峰模型数据输入到3d打印数控机器中，打印输出独峰形态实体模型，然后工匠参考打印的实体模型进行湖石原料雕琢。
12.优选地，所述形态控制点和路径控制点的数量为1-50之间的整数，形态控制点和路径控制点设定的数量越高，消除湖石原料的体量就越多，形态控制点和路径控制点设定的数量越少，消除湖石原料的体量就越少，形态控制点和路径控制点的数量均为1时，湖石原料最多消除50％的体量。
13.优选地，所述步骤4中的“瘦”控制参数为纤瘦程度的参数控制，“皱”控制参数为褶皱程度的参数控制，“透”控制参数为孔洞数量的参数控制，纤瘦程度的范围、褶皱程度的范围和孔洞数量的范围均在1-10之间。
14.优选地，所述纤瘦程度越大，消除并纤瘦的湖石原料体量越多，当纤瘦程度为10时，消除并纤瘦基于步骤3中得到的湖石原料初始形态在宽和长的尺寸上的50％，当纤瘦程度为1时，保持步骤3中所得到的湖石原料初始形态。
15.优选地，所述褶皱程度越大，增加的湖石原料肌理褶皱面积越多，当褶皱程度为10时，增加基于步骤3中得到的湖石原料初始形态表面50％的肌理褶皱面积，当褶皱程度为1时，保持步骤3中所得到的湖石原料初始形态。
16.优选地，所述孔洞数量越大，湖石原料随机开设的空洞越多，当孔洞数量为10时，在基于步骤3中得到的湖石原料初始形态表面面积上的50％用于随机开设孔洞，当孔洞数量为1时，保持步骤3中所得到的湖石原料初始形态。
17.本发明的有益效果：
18.1、本发明方法通过建立太湖石独峰的形态数据库与属性数据库，快速掌握了太湖石独峰的造型规律及特征，可根据实际的各项属性要求，生成满足客户审美要求的独峰形态，有效减少了人力设计的成本及时间，增加了设计过程的高效性；
19.2、本发明方法中的形态数据库与属性数据库是通过对现有园林中历史遗留下来的独峰形态的数据扫描，以及对历史绘画中独峰形态的图像扫描得到的，输入控制参数就可以生成独特的太湖石独峰形态，既继承了传统的独峰形态的规律及特点，又创新出丰富的形态样式，避免了独峰形态的千篇一律，在太湖石独峰的形态上满足了有效性和多样性；
20.3、本发明方法通过3d打印技术将生成的独峰最终形态进行比例输出，提供三维的实体比例模型，更好的辅助匠人对湖石原料进行加工雕琢，解决了二维形态图纸无法全方位展示独峰的形态的问题，使湖石原料在加工时准确性更高。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本发明方法的流程图；
23.图2是本发明中太湖石独峰在立峰状态下的形态控制点和路径控制点的位置及数量示意图；
24.图3是本发明中太湖石独峰在卧峰状态下的形态控制点和路径控制点的位置及数量示意图；
25.图4是本发明中生成的太湖石独峰在立峰状态下的初始形态示意图；
26.图5是本发明中生成的太湖石独峰在卧峰状态下的初始形态示意图；
27.图6是本发明中生成的太湖石独峰在立峰状态下的最终形态示意图；
28.图7是本发明中生成的太湖石独峰在卧峰状态下的最终形态示意图。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
30.请参阅图1所示，一种园林太湖石独峰形态自动生成方法，包括如下步骤：
31.步骤1、先采集现存园林中的太湖石独峰的三维形态数据和历史绘画中太湖石独峰的图像数据，获得太湖石独峰的形态数据库与属性数据库，得出控制其形态及属性的各项参数；
32.步骤1的详细过程如下：
33.步骤1.1、首先通过扫描精度为0.1mm的三维扫描仪，对现存的园林中太湖石独峰形态进行三维数据扫描，通过照相扫描技术，对历史绘画中的太湖石独峰形态图像进行收集；
34.步骤1.2、然后进行数据采集与比对，形成形态数据库，获得与湖石尺寸相关的形态规律，如立峰独峰通常为上大下小，卧峰独峰通常为上小下大；
35.步骤1.3、最后利用形态数据库采集与比对，形成属性数据库，获得与湖石表面相关的肌理规律，如纤瘦程度、褶皱程度、孔洞数量大小等。
36.步骤2、测量需要加工的湖石原料尺寸，选择太湖石独峰状态为立峰或卧峰，然后将湖石原料尺寸导入计算机3d建模软件中获得虚拟加工模型；
37.步骤2的详细过程如下：
38.步骤2.1、通过测量获得湖石原料的三维尺寸，通常湖石原料较不平整，在尺寸测量时，按原料的最宽、最长和最高数值进行尺寸记录；
39.步骤2.2、将测量的湖石原料三维尺寸数据导入计算机3d建模软件中，如rhinoceros、3ds max、creo、catia等。
40.步骤3、将步骤2中的虚拟加工模型与步骤1中的形态数据库进行比对，输入形态控制点和路径控制点，生成符合湖石原料尺寸的独峰初始形态；
41.步骤3的详细过程如下：
42.步骤3.1、在步骤1中的形态数据库内选取相关尺寸的数据库数据作为参考，总结基本形态规律，在湖石原料三维模型中设定形态控制点的位置及数量以及路径控制点的位置及数量，如图2图3所示，其中圆点为形态控制点，方点为路径控制点；
43.步骤3.2、通过3d建模软件和可视化编译平台，如grasshopper内的physarealm，将所设形态控制点设定为形成具有仿生学特点的生长路径，然后让软件自行生长形成空间形态；
44.步骤3.3、根据步骤3.2中生长路径中点的密度和空间位置，再通过自动化几何拓扑进行优化，最终获得太湖石独峰的初始形态，
45.其中，根据不同的湖石原料尺寸参考的形态数据库模型也会不同，设定形态控制
点的位置根据所擦参考的形态数据库来定，其数量可多可少，形态控制点及路径控制点数值区间均为1-50，形态控制点和路径控制点设定的数量越高，初始形态便越复杂，消除湖石原料的体量就越多，形态控制点和路径控制点设定的数量越少，初始形态便越简单，消除湖石原料的体量就越少，当数值均为1时则最大消除原有湖石尺寸的50％的体量。
46.步骤4、根据步骤2中属性数据库的参数样本，在步骤3中获得的独峰初始形态内输入控制太湖石表面肌理的三个控制参数值，三个控制参数为“瘦”、“皱”和“透”控制参数，优化初始形态的独峰造型，使其生成最终的湖石独峰形态；
47.其中，“瘦”控制参数为纤瘦程度的参数控制，根据属性数据库参数样本中的湖石纤瘦规律及程度，用数值大小来控制湖石的纤瘦程度，纤瘦程度的最大值为10，可消除并纤瘦基于步骤3中得到的初始形态在宽和长的尺寸上的50％，当纤瘦程度的最小值为1，基本保持步骤3中所得到的初始形态，根据需求可以在1-10数值区间内调节变化，获得自己需求的纤瘦程度；
[0048]“皱”控制参数为褶皱程度的参数控制，根据属性数据库参数样本中的湖石表面肌理的褶皱程度，用数值大小来控制湖石的褶皱程，褶皱程度的最大值为10，在基于步骤3中得到的初始形态表面上，可增加50％的肌理褶皱面积，当褶皱程度的最小值为1，基本保持步骤3中所得到的初始形态，根据需求可以在1-10数值区间内调节变化，获得自己需求的褶皱程度；
[0049]“透”控制参数为孔洞数量的参数控制，根据属性数据库参数样本中的湖石孔洞数量和大小，用数值大小来控制湖石的孔洞数量,孔洞数量的最大值为10，在基于步骤3中得到的初始形态表面面积上的50％用于随机开设孔洞，当孔洞数量的最小值为1，基本保持步骤3中所得到的初始形态，根据需求可以在1-10数值区间内调节变化，获得自己需求的孔洞数量。
[0050]
步骤3和步骤4中的形态规律与参数控制对照和肌理规律及参数控制对照如下表1、表2。
[0051]
表1
[0052][0053]
表2
[0054][0055]
步骤5、将步骤4中调节完成的太湖石独峰模型数据输入到3d打印数控机器中，打印输出1：10的独峰形态实体模型，然后工匠参考打印的实体模型进行湖石原料雕琢。
[0056]
实施例1：
[0057]
根据上述独峰形态自动生成方法进行操作，选择太湖石立峰状态为独峰，然后输入形态控制点为10、路径控制点为10、湖石原料三维尺寸为长900mm*宽700mm*高2500mm时，形成太湖石立峰独峰初始形态如图4所示。
[0058]
实施例2：
[0059]
根据上述独峰形态自动生成方法进行操作，选择太湖石立峰状态为卧峰，然后输入形态控制点为5、路径控制点为5、湖石原料三维尺寸为长2000mm*宽700mm*高900mm时，形成太湖石卧峰独峰初始形态如图5所示。
[0060]
实施例3：
[0061]
根据上述独峰形态自动生成方法进行操作，选择太湖石立峰状态为独峰，然后输入形态控制点为10；路径控制点为10；湖石原料三维尺寸为长900mm*宽700mm*高2500mm；纤瘦程度为5.7；褶皱程度为4.8；孔洞数量为3.1时，形成太湖石立峰独峰模型形态如图6所示。
[0062]
实施例4：
[0063]
根据上述独峰形态自动生成方法进行操作，选择太湖石立峰状态为卧峰，然后输入形态控制点为5、路径控制点为5、湖石原料三维尺寸为长2000mm*宽700mm*高2500mm时，纤瘦程度为3.8；褶皱程度为5.9；孔洞数量为7.9时，形成太湖石卧峰独峰模型形态如图7所示。
[0064]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0065]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。