[发明专利]一种基于草图和卷积曲面的沉浸式快速建模方法

说明书

本发明公开了一种基于草图和卷积曲面的沉浸式快速建模方法，包括：(1)在Unity3D环境下，用户佩戴沉浸式虚拟现实设备，选择要绘制的骨架的类型，确定要绘制的骨架的定位点，绘制出骨架形状；(2)使用卷积曲面解析解生成光滑卷积曲面模型，在GPU中完成势能值计算和有效骨架的裁剪，生成密度图；(3)步骤(2)生成的密度图传递给marching cube程序，获取三角面片的顶点及其属性，渲染完成建模；所述顶点及其属性包括顶点位置、拓扑关系和法向量。本发明使用户可以通过绘制出不同的骨架形状来创建出不同的卷积曲面造型，组合这些形状以创建出独一无二的三维模型。

技术领域

本发明涉及计算机图形学及虚拟现实技术领域，具体涉及一种基于草图和卷积曲面的沉浸式快速建模方法。

背景技术

近年来，随着计算机技术的发展以及各类显示设备的普及，三维模型为人们跨越真实与虚拟、联结数字与实体、实现创想与创造提供了更多的可能，因而得到了越来越多的应用，如被用于产品设计、环境设计、文化娱乐、医疗健康等各种领域。

当下的市场对三维模型的需求量越来越大，然而，创建三维模型却并不容易。目前市场上的三维模型大致通过以下两种方式创建：使用商业化的三维建模软件来进行建模，或是使用仪器来直接扫描实体以得到三维模型。然而，这些方法大多要求用户具有一定的软件使用技术或是拥有一些专业的模型扫描设备。如何让缺乏相关知识的普通使用者也能够简单地创建出属于自己的独一无二的模型是一个值得探讨的问题。

考虑到虚拟现实技术在近年里的迅猛发展以及在不同领域尤其是艺术创作领域的良好发挥，虚拟现实技术可以被应用到三维建模的过程中来。然而考察市面上已有的与建模相关的虚拟现实软件，它们大多都存在一定的缺陷：例如Google的Tilt Brush，用户可以使用该软件绘制出丰富多彩的笔刷形状，最终得到一个像是三维模型的场景，然而实际上用户绘制出的只是一些不连续的面片，这些面片无法拼接成一个完整的模型；而使用专业的VR环境下的建模软件Gravity Sketch虽然能创建出符合用户的复杂模型，但该软件的操作面板与效果调节十分复杂和专业化，没有受过专门训练的用户很难轻易地上手该软件；至于仅在学术论文中被提及的Brush2Model，它更像是一个用于学术测试的程序，用户交互不是非常友好，因此不方便新手的学习和使用。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种基于草图和卷积曲面的沉浸式快速建模方法，使用本方法，用户可以通过绘制出不同的骨架形状来创建出不同的卷积曲面造型，组合这些形状以创建出独一无二的三维模型。

一种基于草图和卷积曲面的沉浸式快速建模方法，包括：

(1)在Unity3D环境下，用户佩戴沉浸式虚拟现实设备，选择要绘制的骨架的类型，确定要绘制的骨架的定位点，绘制出骨架形状；

(2)使用卷积曲面解析解生成光滑卷积曲面模型，在GPU中完成势能值计算和有效骨架的裁剪，生成密度图；

(3)步骤(2)生成的密度图传递给marching cube程序，获取三角面片的顶点及其属性，渲染完成建模；所述顶点及其属性包括顶点位置、拓扑关系和法向量。

所述骨架的类型包括线骨架、面骨架和点骨架。

步骤(2)中，在GPU中完成势能值计算和有效骨架的裁剪的具体方法为：使用ComputeShader，根据不同的骨架类型调用对应的着色器核函数；ComputeShader中的id用于区分空间中的位置。