[发明专利]一种基于BSP树的布尔运算方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于BSP树的布尔运算方法及系统，属于计算机图形学技术领域。先根据待设计的目标三维网格模型确定第一三维网格模型、第二三维网格模型和布尔运算方式，然后建立第一三维网格模型的第一BSP树以及第二三维网格模型的第二BSP树，且在建立第一BSP树和第二BSP树时，利用OBB包围盒空间确定前N个超平面，再利用第一BSP树和第二BSP树进行互相划分，最后利用布尔运算方式进行处理，得到目标三维网格模型，从而在建立BSP树的过程中合理选取超平面，能够加速BSP树的建立过程，从而进一步提高三维模型的布尔运算速度。

技术领域

本发明涉及计算机图形学技术领域，特别是涉及一种基于BSP树的布尔运算方法及系统。

背景技术

在三维设计软件中建立三维模型时，三维模型是由基本体元之间进行交集、并集、差集三种布尔运算得到的，两个三维模型进行布尔运算可以得到一个具有更复杂形状的三维模型，而一个具有实际设计和使用意义的三维模型往往都具有复杂的特征形状。因此，对两个三维模型进行布尔运算是为了得到一个具有更多特征和更复杂形状的三维模型。但是在航空航天领域内，航天器械模型都拥有大量的特征，它们的三维网格模型都拥有庞大的三角面片集，而它们千万甚至亿级的面片集数量降低了运算的效率。在航天器械中，一般会有比较复杂的气体通路，在航天器械的模型中去除气体通路模型来生成气体通路(例如拉瓦尔喷嘴)，这就会进行频繁的差集布尔运算。同时三维网格模型的布尔运算对运算的速度和稳定性有比较高的要求，为了加速三维网格模型的布尔运算，现有的技术体系内引入了包围体技术和空间剖分技术，而空间剖分技术加速效果较于前者更易实现。

BSP(Binary Space Partitioning，二叉空间分割)树是一种空间划分方法，是对空间按照平面的“前”和“后”进行划分的二分方法。在三维空间内，任意的一个超平面会将它所处的空间区域分割成前(front)和后(back)两个子空间，对于划分后的子空间仍可以重复上述过程，选取超平面后分割空间区域，递归执行，这些超平面集合就组成了原始三维空间的一个BSP树，在三维实体三角模型中，它的表面是三角面片集包络而成，将三角面片所在的平面选为超平面来划分三维空间和实体模型，递归后可得到子空间和子模型。将三维实体的网格模型转化为BSP树后，两个实体模型间进行布尔运算就可以通过对两个实体的BSP树的合并过程来实现。而BSP树的构建过程中，超平面的选取至关重要，合理的超平面可以使建立BSP树的过程快速收敛，能够减少对网格的不必要分割。

基于此，亟需一种能够合理选取超平面的基于BSP树的布尔运算方法及系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于BSP树的布尔运算方法及系统，在建立BSP树的过程中合理选取超平面，能够加速BSP树的建立过程，从而进一步提高三维模型的布尔运算速度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于BSP树的布尔运算方法，所述布尔运算方法包括：

根据待设计的目标三维网格模型确定第一三维网格模型、第二三维网格模型和布尔运算方式；所述第一三维网格模型和所述第二三维网格模型通过所述布尔运算方式得到所述目标三维网格模型；所述布尔运算方式包括交集布尔运算、并集布尔运算和差集布尔运算；

获取所述第一三维网格模型的第一三角形边界面列表和第一三角形边界顶点列表；获取所述第二三维网格模型的第二三角形边界面列表和第二三角形边界顶点列表；

根据所述第一三角形边界面列表和所述第一三角形边界顶点列表建立所述第一三维网格模型的第一BSP树；根据所述第二三角形边界面列表和所述第二三角形边界顶点列表建立所述第二三维网格模型的第二BSP树；在建立所述第一BSP树和所述第二BSP树时，利用OBB包围盒空间确定前N个超平面；

利用所述第一BSP树的超平面对所述第二三角形边界面列表进行划分，得到第一内面集合和第一外面集合；利用所述第二BSP树的超平面对所述第一三角形边界面列表进行划分，得到第二内面集合和第二外面集合；