[發明專利]一種改進的坐標軸方向突變下的三維模型變形方法

無效

• 申請號: 201010216621.5
• 申請日: 2010-07-02
• 公開（公告）號: CN101872490A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 陳宇峰;郝云生;李立杰;李鳳霞;張姮
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種改進的坐標軸方向突變下的三維模型變形方法，屬于計算機圖形學、虛擬現實技術領域。

背景技術

在三維模型的變形中，通常有以下幾種變形技術：Morphing方法、FFD變形方法、基于骨骼的變形方法。Morphing方法通過插值方法實現變形，FFD變形方法通過控制包圍三維模型表面的控制體實現變形，基于骨骼的變形技術通過設置模型表面網格頂點對應于骨骼的影響權值實現變形。

對于角色模型，通常有兩部分信息包含在其中，表示模型幾何特征的表面網格信息以及表示模型拓撲特征的模型骨骼信息。角色模型的變形通常具有以下特點：變形發生在關節點附近的區域，屬于局部變形；變形由一段骨骼圍繞一個關節點旋轉引起，因此變形后的模型與骨骼的運動情況一致。

Morphing方法屬于全局變形，并且不能與骨骼的運動相結合；FFD變形方法對三維模型的每一個頂點，都需要通過計算該頂點對所有控制頂點的多項式和來獲取該頂點變形后的坐標，變形計算復雜，不能達到滿足要求的變形速度；基于骨骼的變形方法需要用戶對影響權值進行反復的調整，增加了使用難度。

在《一種基于圓弧曲線的三維模型彎曲變形方法》中，將三維模型劃分為變形區、過渡區和非變形區，在彎曲變形中，通過計算變形區網格頂點對應的圓弧曲線獲得變形區網格頂點變形后的坐標，根據彎曲變形參數對非變形區網格頂點進行相應的歐氏變換，通過對過渡區網格頂點距離骨骼的距離進行插值實現變形區和非變形區的無縫連接。

但是在彎曲變形中，當彎曲角度小于0，即關節點兩側的骨骼的夾角增加，此時關節點兩側的骨骼的夾角可能會大于180°，則在變形后對局部坐標系到世界坐標系的變換矩陣進行更新后，局部坐標系的x軸和z軸方向與原先方向相反，稱為坐標軸方向突變。在這種情況下，使用上述方法就會得到錯誤的變形結果。

針對上述方法的不足，本發明方法提出一種改進的坐標軸方向突變下的三維模型變形方法。

發明內容

本發明的目的是克服已有技術的缺陷，為了解決角色模型快速逼真變形的問題，提出一種改進的坐標軸方向突變下的三維模型變形方法。

本發明是通過下述技術方案實現的：

三維模型的骨骼結構為：關節點A和O連接成骨骼OA，關節點B和O連接成骨骼OB，骨骼OA和骨骼OB位于三維模型的中軸附近。

使用以下方法計算三維模型頂點變形后的局部坐標：

(1)在三維模型表面網格上關節點O附近選擇兩個頂點P₁、P₂，作為優選，應當使平面OP₁P₂與骨骼OA和骨骼OB各自的夾角大致相等。

(2)根據如下方法獲得平面OP₁P₂的方程系數，

①計算三維向量其中×表示向量的叉乘；

②n＝n′/|n′|，變量s＝-n·μ_o；其中μ_o表示關節點O在世界坐標系中的坐標的向量表示；·表示向量的點乘；

③V＝[n，s]；V存儲了平面OP₁P₂的方程的四個系數，

平面方程的系數是指Ax+By+Cz+D＝0中的A、B、C和D。

(3)對三維模型的每一個三角形網格，判斷其網格頂點與平面OP₁P₂的關系，若網格的所有頂點都與關節點A在平面OP₁P₂的同一側，則判定該三角形網格屬于骨骼OA，否則判定該三角形網格屬于骨骼OB；若原始模型中不是全部由三角形網格構成的，則需要在判斷前將非三角形網格看作多個三角形組成。

判斷頂點與關節點A在平面OP₁P₂的同一側方法為：

對網格中的一個頂點，在世界坐標系中的坐標的向量表示為P，關節點A在世界坐標系中的坐標的向量表示為μ_A，

計算f_P＝n·P+s，f_A＝n·μ_A+s，若f_P與f_A同號，則判定頂點P與頂點A在平面OP₁P₂的同一側，否則判定頂點P與頂點A不在平面OP₁P₂的同一側。