[發明專利]一種特征增強的三維模型線繪制方法

有效

• 申請號: 201310129107.1
• 申請日: 2013-04-15
• 公開（公告）號: CN103236077A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 李重;許鴻堯;秦勝偉;林佼
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

技術領域

本發明涉及三維模型線繪制、非真實感繪制、計算機藝術、卡通動漫、醫學數據可視化、對象識別和匹配、虛擬導航等領域，更具體地，在藝術展示、工程制圖、資料插圖中采用的一種特征增強的三維模型線繪制方法。

背景技術

現有的三維線繪制方法主要集中在如何獲取模型的特征線，以及如何根據其他信息控制特征線寬度的變化來產生藝術化效果的工作上，近期的線繪制算法則以繪制更豐富的特征線為目的，根據幾何微分信息賦予特征線以明確的數學定義，并判斷模型上的各個點是否在特征線上。目前常用方法如下：

DeCarlo等人提出了啟發式輪廓線，即徑向曲率為零的曲線，表明曲面在何處背離觀察者。所謂啟發式輪廓線，即當視點發生細微變化時新出現的輪廓線，它表示在當前視點下對于模型的描述具有啟發式的效果，是輪廓線的擴展與延伸；Ohtake等則給出了褶皺脊線的數學定義，通過使用多層次隱式曲面擬合有有限差分近似方法估算主曲率及其微分屬性，將最大主曲率的導數為零，其二階導數為負，且最大主曲率小于最小主曲率的絕對值的點定義為脊線上的點，相反則為谷線上的點，通過提取出相應的點之后連接起來，構成谷線與脊線，豐富了模型細節，能有效表現出模型的凹凸區域；Judd等在Ohtake的基礎上更進一步，提出了顯著褶皺線算法，該算法通過物體空間到視平面的映射計算，將遠離視點中心的主曲率變大，提取出比褶皺脊線更清晰的顯著褶皺線；Luo?Tao等則將線繪制技術應用于考古中，通過隨機游動建立遺跡的多尺度表示，由最小描述長度準則選定模型尺度，最終應用褶皺脊線方法生成線繪制結果，結果表明此方法與人工手繪方法結果類似，可一定程度上代替人工繁瑣的工作。?

上述現有的線繪制方法已和手繪結果類似，已能較好的表現模型性質，但若模型平坦區域較多，則效果較差，物體表面細節不豐富，且現在的主要技術更注重于特征線的幾何與數學定義，而這些數學定義普遍是用網格模型表面頂點的微分信息來表示，這些微分信息基本都是基于模型局部的幾何和拓撲關系來估算的，這就不可避免地造成提取出來的特征線更多地表征模型的局部信息，而相應地忽略了模型的整體特征。

發明內容

為了解決現有線繪制方法不能有效的保存模型的整體形態信息，物體表面細節不夠豐富，視覺感知藝術效果不強等缺陷，本發明提供了一種特征增強的三維模型線繪制方法，將表征三維模型整體特征的線性骨架信息引入線繪制中，包括如下步驟：

步驟（1）：基于點遍歷的輪廓線提取算法提取模型的輪廓線；

步驟（2）：繪制三維模型的幾何特征線；

步驟（3）：運用基于凸殼與OBB的骨架提取算法提取出模型骨架特征線，包括骨架特征提取和基于骨架的線繪制。

進一步的，步驟（2）中根據幾何特征的權值將三維模型分成幾何和非幾何特征，繪制幾何特征線。

進一步的，將權值小于設定閾值的點設為幾何特征域點集S，然后將這些點按鄰接關系進行連接操作，即可獲取幾何特征域的線條表示：對于任意頂點????????????????????????????????????????????????，按照幾何權值從小到大排列，幾何特征線提取過程如下：

Step?1.?對于中頂點，取出（中幾何權值最小的點）作為當前頂點，將加入路徑鏈，路徑長度設為0，并將從中刪除；

Step2.?遍歷的所有鄰接點，得到，且滿足在的鄰接點中幾何權值最小；

Step3.?如果不存在，跳到步驟5；

Step4.?將加入路徑鏈，路徑長度加，從中刪去，并令，返回步驟2；

Step5.?若此時路徑長度小于用戶設定的長度，則刪去此路徑鏈，以避免產生短碎的線條，否則將路徑鏈作為凹區域特征線。若，則提取完成，否則返回步驟1。

進一步的，步驟（3）中所述骨架特征提取包括：對三維模型進行交互分割的基礎上，對分割后的各個部分求取凸包，用凸包頂點來近似代替模型各部分，然后取凸包頂點的形心作為初始骨架點，對各部分凸包頂點求取OBB，通過OBB將相鄰兩部分的相交點集求出，用該點集的形心做為關節點，骨架點連接后做冗余性檢測，若某骨架點與相鄰關節點連接成的兩條線夾角大于設定的閾值，說明該骨架點冗余，刪去該點，最后生成完整骨架。