[發明專利]一種基于多視幾何概念設計的三維建模方法

有效

• 申請號: 202110614132.3
• 申請日: 2021-06-02
• 公開（公告）號: CN113343326B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 趙秀艷;張開興
• 申請（專利權）人: 山東農業大學
• 主分類號: G06F30/12
• 分類號: G06F30/12;G06F30/13;G06F30/20;G06T11/20;G06T17/10
• 代理公司: 泰安市誠岳專利代理事務所(特殊普通合伙) 37267
• 代理人: 邱強

1.一種基于多視幾何概念設計的三維建模方法，其特征在于：將概念設計場景轉化成多視幾何場景，在多視幾何場景中構建三維模型，具體包括如下步驟：

（1）構建多視幾何場景；

（2）在多視幾何場景中手繪二維草圖：

在支持多點觸控的交互式屏幕上，設計師直接在構建好的多視幾何場景上根據腦海中的產品模型繪制草圖；

（3）識別二維草圖，獲得圖像空間的草圖元素；

（4）基于多視幾何場景將草圖元素映射到三維空間，形成相應的三維建模元素；

（5）以三維建模元素為輸入，完成基本體素及復雜三維模型的構建；

（6）將生成的三維模型融入到多視幾何場景；

（7）重復上述步驟（2)-(6)，并為多視幾何場景添加新圖像；

步驟（3）中所述的草圖元素是在多視幾何場景中的某一幅圖像上定義的，為二維圖像坐標下的草圖元素，本案中草圖元素包括繪制模型的截面線，給截面線增加第三維坐標，將其看作一個三維截面線；然后旋轉三維截面線至某一角度，投影三維截面線形成多視幾何場景中的第二幅圖像，在第二幅圖像上繪制一個拉伸向量。

2.根據權利要求1所述的基于多視幾何概念設計的三維建模方法，其特征在于：步驟（1）中最初的多視幾何場景為空白的，構建多視幾何場景過程：①在第1場景中繪制二維草圖；②設計師交互旋轉多視幾何場景至一個符合設計思維的角度，生成多視幾何場景中的第2場景及圖像；圖像的生成利用現有圖形系統的投影功能可以方便地完成；③重復上述步驟②可以為多視幾何場景添加更多的場景圖像；④構建三維模型后，將三維模型投影到一個符合設計思維的角度，進一步向多視幾何場景添加所需的更多圖像。

3.根據權利要求1所述的基于多視幾何概念設計的三維建模方法，其特征在于：步驟（2）中，采用多點觸控技術對手繪草圖進行識別，所述的多點觸控技術包括手繪草圖的噪聲消除、特征點識別、筆劃分割、草圖元素線形識別和擬合算法。

4.根據權利要求3所述的基于多視幾何概念設計的三維建模方法，其特征在于：首先對草圖原始數據進行提取和平滑濾波處理，綜合應用圓面積包圍算法、斜率變化算法等算法來識別手繪草圖的型值點和拐點；然后通過綜合2種方法來判斷手繪草圖的特征點。

5.根據權利要求4所述的基于多視幾何概念設計的三維建模方法，其特征在于：型值點和拐點識別，通過特征點將手繪草圖分段成筆劃；然后利用最大包圍矩算法來識別筆劃，具體步驟為①計算筆劃的封閉情況，②計算各個子筆劃的最大包圍矩，③通過它的長寬比識別不同的幾何類型，最后將識別出的線元轉換成圖像坐標系下可用方程表示的矢量幾何筆劃。

6.根據權利要求1所述的基于多視幾何概念設計的三維建模方法，其特征在于：步驟（4）中，草圖識別后得到一系列圖像空間的草圖元素，在多視幾何場景下將二維草圖元素映射成三維建模元素，推算二維草圖元素的三維坐標。

7.根據權利要求6所述的基于多視幾何概念設計的三維建模方法，其特征在于：為了根據多視幾何關系恢復三維信息，需要解決多視幾何場景下多幅圖像上對應特征點的匹配問題，由于多視幾何場景是由計算機生成的虛擬環境，而不是來自于自然環境，因此通過偽彩色技術使得三維重建過程中圖像特征點的匹配變得易于實現：（1）設三維模型由若干個曲面，平面可視為曲面的特例構成，根據曲面的兩個參數（u，v）設定曲面的顏色；（2）在投影圖像生成過程中關閉光照以確保投影圖像的顏色不隨視點變化而變化。

8.根據權利要求1所述的基于多視幾何概念設計的三維建模方法，其特征在于：步驟（5）中，在多視幾何場景下進行概念設計建模時，交互方式主要采用以下幾類交互方式：①多視幾何場景的平移、旋轉、縮放等操作；②旋轉、拉伸等建模操作命令；③草圖繪制命令。

9.根據權利要求1所述的基于多視幾何概念設計的三維建模方法，其特征在于：人機交互建模過程中需要對多視幾何場景進行管理、控制及顯示：

多視幾何場景中包含多幅圖像，隨著概念設計過程的進行，圖像數量也會越來越多，采用列表方式管理圖像，通過人機交互選擇列表中的圖像并完成其添加、刪除和修改；

多視幾何場景中的圖像作為草圖繪制的背景出現，隨著設計師對已生成三維模型的旋轉、平移和縮放等人機交互操作，通過向多視幾何場景設計一個二-三維投影變換矩陣來實現多視幾何場景中的圖像的旋轉、平移和縮放；

隨著三維場景投影方向的變化，多視幾何場景中的圖像也要動態的顯示和隱藏，當交互旋轉三維場景至特定角度時，可以自動調整三維場景的投影方向，使相應的圖像能夠作為背景顯示出來，通過列表交互實現圖像的顯示和隱藏；

直接將三維模型投影到多個不同方向并將相應的投影圖像添加到多視幾何場景中即可完成三維模型的多視幾何場景表示。