[发明专利]基于二维手绘线画图的三维对称自由形体生成方法

说明书

技术领域

本发明专利设计针对用户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对称自由形体的方法。

背景技术

在构建一个三维模型之前，设计者往往会在画布上先画出模型的二维投影草图，借助于二维投影草图往往能让三维建模过程更加方便。如果能够从二维线画草图直接重构出目标三维模型，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。现有的三维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。对于一个非精确的二维线画图的输入，前者主要是通过构建目标函数、对目标函数进行最优化来求解目标三维模型。目标函数包含一些列加权的正则性，而这些正则性是通过探索图画中的几何约束来构建的。然而，基于优化的重建方法往往比较耗时。一方面，最优化求解是一个迭代过程；另一方面，寻找几何约束也可能是一个复杂的过程。基于最优化的重建方法的结果容易受到所使用的正则性及其权因子的影响。

基于二维线画图重建三维对称自由形体的方法是以三维物体在某一平面上的正交投影作为输入的二维线画图。换言之，二维线画图上顶点的x和y坐标实际对应于三维物体上顶点的x和y坐标，重建的主要问题就是如果恢复出第三维z坐标。现有的基于精确二维线画图三维重建的方法主要针对多面体物体的重建，这类方法主要通过对原始二维手绘线条添加某些约束或者设计具有记忆功能的系统将二维系统匹配到库中的已有模型完成重建任务。然而，目前许多方法假定二维手绘线条在三维空间中的曲线都位于同一平面。尽管如此，对二维手绘线条解释的模糊性依然存在，往往需要用户提供更多的交互操作来辅助建模，尤其是对于复杂物体的建模，将涉及各个子部分之间相对位置关系的确定。

本发明主要针对三维对称自由形体的重建和生成，这些形体的各部分关于对称面对称，并且各个不同部分组合在一起得到复杂的三维物体。通过二维手绘线画图中提供的对称信息，可以方便地计算出形体每一部分三维空间的构造曲线，并且根据每组四条空间构造曲线重构生成物体的各个部分，最终的三维物体可以由多个相对位置确定的子部分组合生成。

发明内容

为了克服三维模型生成中的操作复杂、重建生成的三维形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和对称平面，本发明提供了一种操作简单、方便快捷、造型丰富的三维对称自由形体模型的生成方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于二维手绘线画图的三维对称自由形体生成方法，包括以下步骤：

1)将二维手绘平面取为XOY坐标平面，设计者为目标自由形体的每个子部分绘制4条二维构造曲线，利用构造曲线重建物体的每一部分。其中关于对称面自身对称的物体子部分，用户首先绘制两条对称曲线，然后绘制两条非对称一般曲线，从而可以得到4条构造曲线；对于物体中一个子部分与另一子部分关于对称面相互对称的情况，用户首先绘制分属两个子部分的两对对称曲线，再根据每个子部分中的对称曲线分别绘制出一对非对称一般曲线。

2)方法根据用户的绘制顺序确定自由形体每个子部分的构造曲线，并以曲线对形式进行三维坐标计算。每个子部分中的构造曲线都进行滤波去噪并利用二次B-样条曲线进行插值，从4条构造曲线中分别采样相同数目的采样点，利用用户指定的对称面，由深度z坐标计算方法计算出构造曲线上采样点的三维坐标。将二维手绘平面中手绘线画图上的顶点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。对于每个子部分里的两条对称曲线，可以利用下式计算它们每个采样点z坐标：