[发明专利]一种基于点灯法的三维模型精确体素化方法

权利要求书

1.一种基于点灯法的三维模型精确体素化方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

步骤1：导入三维模型文件，对原始模型进行四面体剖分处理，得到模型的拓扑信息数据组，计算模型的最小AABB'包围盒，划分体素单元，并记录包围盒内所有体素的顶点坐标信息；

步骤2：根据模型剖分得到的拓扑信息数据组，进行“搜寻点灯法”算法处理，对有用的体素单元用‘a’进行标记，得到体素化模型model_A；

步骤3：根据模型剖分得到的拓扑信息数据组，进行“桁架构造法”算法处理，对有用的体素单元用‘b’进行标记，得到由所有四面体的边角所构成的架构体素化模型model_B；

步骤4：对“搜寻点灯法”得到的体素模型model_A和“桁架构造法”得到的模型model_B进行合并，得到最终体素化的模型model_voxel；

所述步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1：导入三维模型数据文件；

步骤1.2：对三维模型进行四面体网格剖分操作，得到模型的拓扑信息数据组；

步骤1.3：读取得到的拓扑信息数据组，通过建立集合P₀包含模型内部所有的点信息，构建集合E₀包含模型内部所有的四面体信息；

步骤1.4：根据集合P₀中记录的所有点的坐标信息，建立模型的最小AABB包围盒；

步骤1.5：设置体素单元的径长L，对模型的最小AABB包围盒做取整化处理：对AABB包围盒八个顶点的坐标进行调整，使每个相邻顶点的距离数值增大且相邻距离可以被L整除；得到模型的最小AABB'包围盒；

步骤1.6：对模型的AABB'包围盒进行体素化划分，设划分得到的体素单元的集合为D₀，记录每个体素单元对应八个顶点的坐标，设所有体素顶点构成的集合为V₀；

所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1：开始“搜寻点灯法”，调出剖分得到的模型内部的各个四面体顶点的坐标信息；

步骤2.2：计算求解四面体单元e的最小取整包围盒AABB′_e，对包围盒AABB′_e进行体素单元划分；记录AABB′_e包围盒内所有体素单元对应的顶点坐标；

步骤2.3：求解AABB′_e包围盒内的所有点与四面体单元e的空间位置关系，根据每个不同的位置关系，返回不同的特征值进行记录；

步骤2.4：根据返回的特征值对点集V_e内的各个对应点进行不同的操作：内部的点予以记录，表面的点和外部的点跳过不做处理；只要该点在其中的被予以标记和记录过一次，则该点记为有用点，在点集V_e中对该点用‘a’进行标记；

步骤2.5：遍历模型内部的所有四面体单元，循环进行步骤2.3和步骤2.4的操作，将各个四面体单元的点集V_e的顶点状态信息，整合到总点集V₀中，根据各个体素顶点的状态再对各个体素自身的状态值进行判断，确认体素集D₀中有用的体素单元；基于模型的拓扑结构信息，对模型的最小AABB'包围盒内的所有体素进行遍历，验证每个体素的八个对应的顶点的状态；若八个对应顶点中存在一个以上的顶点为已经在点集V₀中被‘a’标记，说明该体素单元与模型在三维空间内有相交的部分，将该部分正方体体素用‘a’进行标记；

步骤2.6：将所有被‘a’标记的体素进行整合和建模，导出三维模型model_A，输出model_A；

所述步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1：开始“桁架构造法”，依次调出模型内部各个四面体的顶点和边的空间结构信息；对集合E₀内的四面体进行遍历，以遍历到的四面体单元e'为例，设四面体四个顶点及它们的坐标为A(x_A,y_A,z_A)、B(x_B,y_B,z_B)、C(x_C,y_C,z_C)、D(x_D,y_D,z_D)，四条边记为AB、BC、CD、AD；

步骤3.2：以边AB为例，按照笛卡尔坐标系x、y、z三个轴向，分三次进行处理,以x轴方向为例，首先判断A_x和B_x的大小；当A_x＝B_x即A和B两点在x方向上的坐标相等时，跳出当前步骤，进入下一步对y和z两个方向的处理，否则，继续进行计算，对A_x和B_x的大小进行排序，设A_xB_x，对x坐标较小点A进行判断，通过A的三个坐标A_x、A_y、A_z，判断点A是否在AABB'包围盒内划分的体素单元间的交界面上，当A的任一坐标在体素交界面上时，对A的坐标进行微量调整，设向量的单位矢量为k(k_x,k_y,k_z)，设微调后得到的点及坐标为A'(x'_A,y'_A,z'_A)，微量调整关系式为：

将得到的点A'替代点A作为线段的起始点，即A'B；

步骤3.3：在获得线段的新起始点A'后，插值计算线段A'B中A'到B上的各个间断点,由间断点查找对应的体素单元用‘b’进行标记；以体素的径长L为累加单位，从起始点A'进行三个坐标的累加，当满足x'_A≥x_B或y'_A≥y_B或z'_A≥z_B其中的一个时，停止累加，记录累加过程中获得的点的坐标信息，查找这些点分别在体素集D₀中在哪个体素的空间范围内，对找到的体素用‘b’进行标记；

步骤3.4：按照y、z轴方向处理边AB，同x轴的处理方式一致,接着处理四面体单元e'的其它三个边BC、CD、AD；

步骤3.5：完成当前四面体单元e'的处理，进入下一个四面体单元的处理流程，对于已处理过的重复边不再重复处理；

步骤3.6：遍历完四面体集合D₀后，统计在桁架构造法中所有被‘b’标记的体素，整合和建模，导出三维模型model_B。