[发明专利]一种基于方形模块链的三维模型构建及变形方法

说明书

本发明属于三维可变形模型重构领域，公开了一种基于方形模块链的三维模型构建及变形方法。方法采用贪心思想：对输入的三维模型，首先计算基本模块——方形模块的父级模块——立方体模块的树连接设计，再对树内父模块逐个求解方形模块子链的最优解并连接生成最优链。对父模块的树连接，采用先分层求解其链连接路径后做层间连接，再连接遗留模块作为树节点的方式。对方形模块子链的求解，提出基于无向图的配置方法。本发明可以将任意三维模型构建成以方形模块链为基本结构的三维可变形模型，从而实现多形状间的相互变换。发明提出的算法可以应用在建筑结构、艺术造型设计等领域。

技术领域

本发明属于三维可变形模型重构领域，尤其涉及一种基于方形模块链的三维模型构建及变形方法。

背景技术

三维可变形模型是一种构形可以变化的三维模型，其构形变化可以通过各部件间相互旋转或者平移实现。随着3D打印技术的发展，三维可变形模型愈加成为一个活跃的研究话题，可用于设计各种用途的物体，具有重要研究意义。

在目前的研究中，部件互异的三维可变形模型中较为典型的研究方法为以三维骨架为参考分割目标模型的方式，多存在迭代算法复杂、运算时间长等问题。部件相同的三维可变形模型简化了模型表达和计算，但现存研究里，模块间自由度较高、除相连模块之外各模块间无相互固定方式，因而存在整体构形紧密性较低的问题。

方形模块链结构作为一种相邻模块间相对位置关系数量有限，设计凹凸槽进行相邻模块的相互定位，且排布具有一定规律性的链结构，能够构成结构稳定的模型构形。但方形模块链结构也存在构形相对复杂、求解空间大的问题，如何快速基于方形模块链实现三维模型的构建及形状变换是研究的难点。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于方形模块链的三维模型构建及变形方法,以解决上述的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的一种基于方形模块链的三维模型构建及变形方法的具体技术方案如下：

一种基于方形模块链的三维模型构建及变形方法，包括如下步骤：

步骤1，对输入模型进行划分，将模型转换为立方体模块的集合；

步骤2，将立方体模块集合连接成树结构，先采用基于层次的方法计算连接尽可能多的立方体模块的最长链，再连接遗留的模块作为树节点；

步骤3，对立方体模块树内的每个立方体模块进行方形模块模块链配置，采用基于无向图的方法，构建方形模块子链并连接构成面状模块链构形。

进一步地，所述步骤1为了获取模型的方形模块链构形，先将其转换为由多个立方体模块组成的集合，每个立方体模块的每个面都作为后续放置方形子模块的参考，输入模型被分割为多个棱长均为单位长度1的立方体，这个过程被称为模型划分，得到的立方体形状即为父模块。

进一步地，所述步骤1包括如下具体步骤：

步骤1-1，缩放模型：

首先对输入模型进行缩放处理。默认将模型包围盒最小方向缩放为4，输入后可通过模型控制器手动调整比例，假设尺寸最小方向为z方向，最值顶点坐标为和(x_max,y_max,z_max)，确定缩放比例sca：

步骤1-2，模型划分：

采用基于八叉树的体素化方法，得到立方体模块存储矩阵M_vox；

记生成的立方体模块集合内模块数量为n，集合记为其中，C_i为第i个立方体模块，i∈[0,n)。