一种基于骨架草图绘制的三维建模方法

摘要

本发明公开了一种基于骨架草图绘制的三维建模方法，所述方法包括以下步骤：S1，绘制一条基础曲线，即为主骨架线，作为将来生成网格模型的基础路径；S2，在所述主骨架线的基础上，根据想要生成模型的形状，沿着该主骨架线的方向，垂直地绘制一条或多条支撑线，用于控制网格模型的膨胀细节；S3，根据想要生成模型的形状，绘制封闭的截曲线；S4，根据所述主骨架线、支撑线和截曲线创建三维模型。本发明在绘制线条的时候更简单方便，生成的模型更加规则、光滑。

权利要求

1.一种基于骨架草图绘制的三维建模方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1，绘制一条基础曲线，即为主骨架线，作为将来生成网格模型的基础路径；

S2，在所述主骨架线的基础上，根据想要生成模型的形状，沿着该主骨架线的方向，垂直地绘制一条或多条支撑线，用于控制网格模型的膨胀细节；

S3，根据想要生成模型的形状，绘制封闭的截曲线；

S4，根据所述主骨架线、支撑线和截曲线创建三维模型；

步骤S4中，利用扫描曲面的方法创建三维模型；

创建三维模型具体包括以下步骤：

对主骨架线进行映射处理，沿着曲线方向，以曲线的长度为变量，将二维的主骨架曲线映射到新二维坐标系的x轴上，再将每一条支撑线映射到新二维坐标系的一个点中，该点的x坐标为二维骨架曲线对应的x值，y坐标为支撑线长度；

以所有支撑线映射的坐标为节点，采用样条插值的方法算出主骨架线上每一点的支撑长度；

按照一定的步长，沿着主骨架线的方向，根据之前算出的每一节点的支撑长度，以所述截曲线为膨胀形状进行网格膨胀。

2.如权利要求1所述的基于骨架草图绘制的三维建模方法，其特征在于，在步骤S4之后还包括：S5，根据想要生成模型的形状对步骤S4创建的三维模型进行修改。

3.如权利要求2所述的基于骨架草图绘制的三维建模方法，其特征在于，在步骤S5之后还包括：S6，重复步骤S1～S5的操作，得到一系列三维模型，并进行组合，融合或粘贴。

说明书

一种基于骨架草图绘制的三维建模方法

技术领域

[0001] 本发明涉及图形学领域，特别涉及到一种基于骨架草图绘制的三维(3D)建模方法。

背景技术

[0002] 自由形态建模是是三维建模系统中的重要组成部分，这种建模方式无论从使用人群、设计要求，到应用领域，都有着与其它的三维草图技术明显不同之处。自由形态模型的使用者不是专业设计师，而是所有对此感兴趣的用户，甚至是低龄的小孩，这就需要自由形态建模系统从设计上更加容易上手，没过于繁琐的提示过程和控件按钮。而由于自由形态建模系统的简易性和曲线的随意性，其应用领域主要在玩具设计市场和简笔画绘图软件方面。

[0003] 1999年，日本东京大学的Takeo Igarashi第一次设计出了基于草绘的三维自由形态设计系统——Teddy，这种交互系统放弃了其它三维建模系统“精确制图”的思想，允许用户绘制的自由曲线，并采用了一种曲面膨胀算法，将用户输入的草绘轮廓线进行膨胀处理，然后通过切割、光顺等手势操作对模型进行编辑修改，使之逐步达到设计者的初始意图。从此，基于自由曲线的轮廓建模已经被越来越多的学者所重视，也成为了如今图形学领域中一个热点研究方向。当前自由形态设计方法的草图设计都是待生成模型的轮廓曲线，而勾勒轮廓的过程本身不仅难于控制，也容易增加用户的负担。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种在绘制线条的时候更简单方便，生成的模型更加规则、光滑的基于骨架草图的3D建模方法。

[0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种基于骨架草图绘制的三维建模方法，所述方法包括以下步骤：

[0006] S1，绘制一条基础曲线，即为主骨架线，作为将来生成网格模型的基础路径；

[0007] S2，在所述主骨架线的基础上，根据想要生成模型的形状，沿着该主骨架线的方向，垂直地绘制一条或多条支撑线，用于控制网格模型的膨胀细节；

[0008] S3，根据想要生成模型的形状，绘制封闭的截曲线；

[0009] S4，根据所述主骨架线、支撑线和截曲线创建三维模型。

[0010] 其中，在步骤S4之后还包括：

[0011] S5，根据想要生成模型的形状对步骤S4创建的三维模型进行修改。

[0012] 其中，在步骤S5之后还包括：

[0013] S6，重复步骤S1～S5的操作，得到一系列三维模型，并进行组合，融合或粘贴。

[0014] 其中，步骤S4中，利用扫描曲面的方法创建三维模型。

[0015] 其中，创建三维模型具体包括以下步骤：

[0016] 对主骨架线进行映射处理，沿着曲线方向，以曲线的长度为变量，将二维的主骨架曲线映射到新二维坐标系的x轴上，再将每一条支撑线映射到新二维坐标系的一个点中，该点的x坐标为二维骨架曲线对应的x值，y坐标为支撑线长度；

[0017] 以所有支撑线映射的坐标为节点，采用样条插值的方法算出主骨架线上每一点的支撑长度；

[0018] 按照一定的步长，沿着主骨架线的方向，根据之前算出的每一节点的支撑长度，以所述截曲线为膨胀形状进行网格膨胀。

[0019] 上述技术方案具有如下优点：本发明在绘制线条的时候更简单方便，生成的模型更加规则、光滑。

[0020] 附图说明

[0021] 图1是本发明实施例的一种一种基于骨架草图绘制的3D建模方法的流程示意图；

[0022] 图2是本发明实施例的一种基于骨架草图绘制的3D建模方法流程示意图；

[0023] 图3是本发明实施例的另一种基于骨架草图绘制的3D建模方法流程示意图。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0025] 结合图1，本实施例的基于骨架草图绘制的3D建模方法包含如下步骤：

[0026] a、主骨架线的绘制：用户绘制一条基础曲线，即为主骨架线，作为将来生成网格模型的基础路径。

[0027] b、支撑线的绘制：在a中主骨架线的基础上，用户根据想要生成模型的形状，沿着该主骨架线的方向，垂直地绘制支撑线，对于每条主骨架线，用户可以绘制多条支撑线控制网格模型的膨胀细节。

[0028] c、截曲线的绘制：用户可以选择特定的曲线形状，例如椭圆等，或者手工绘制曲线，该曲线即为将生成网格模型的截曲线形状，截曲线为封闭曲线。

[0029] d、模型建立：根据用户在a绘制的主骨架线、b绘制的支撑线，以及c绘制的截曲面形状创建三维模型。创建出的模型具有良好的光滑性，在这个部分中，a中绘制的主骨架线和b中绘制的支撑线构成了待生成模型的侧面轮廓，而c中绘制的截曲面形状构成了待生成模型的截面轮廓，方法采用sweep surface(扫描曲面)的方法，沿着主骨架线的方向膨胀出网格模型。

[0030] e、模型修改：用户可以利用两种方式修改模型，一种是传统的操作方法，例如剪切。另一种是调整主骨架线的形状修改模型。

[0031] f、融合与粘贴：用户可以重复a～e的操作，得到一系列网格模型单元，这些单元可以被任意组合，融合或粘贴。

[0032] 概括地说，为了解决上述技术问题，本发明首先允许用户输入三类信息，即a中描述的主骨架线，b中描述的支撑线以及c中描述的截曲面。主骨架线与支撑线是生成模型侧面轮廓的主要依据，而截曲面形状是生成模型截面轮廓的主要依据。在模型建立过程中，方法首先对主骨架线进行映射处理，沿着曲线方向，以曲线的长度为变量，将二维的主骨架曲线映射到新二维坐标系的x轴上，新二维坐标系是把曲线拉成直线当作坐标轴x，坐标x值表示的是某点到端点的曲线长度。y坐标就是按照该点的截曲面长度来确定。再将每一条支撑线映射到新二维坐标系的一个点中，该点的x坐标为二维骨架曲线对应的x值，y坐标为支撑线长度。接着以所有支撑线映射的坐标为节点，采用样条插值的方法算出主骨架线上每一点的支撑长度。最后，按照一定的步长，沿着主骨架线的方向，根据之前算出的每一节点的支撑长度，进行网格膨胀，膨胀形状为c中输入的截曲面。实验结果表明本方法可以方便快捷的进行三维模型创建工作，生成的模型具有很好的光滑性和规则性。

[0033] 下面以具体实例进行详细说明。

[0034] 参照图2，表示基于骨架草图绘制的3D建模方法流程步骤a～e的例子，图中表示的步骤为：

[0035] a、主骨架线的绘制：如图2的步骤1，用户想要生成饰品的模型，需要先根据饰品的形状，绘制一条基础曲线，即为主骨架线，作为将来生成网格模型的基础路径。如图所示这条主骨架线与饰品的大体形态相一致。

[0036] b、支撑线的绘制：在a中主骨架线的基础上，用户根据想要生成模型的形状，沿着该主骨架线的方向，垂直地绘制支撑线，对于每条主骨架线，用户可以绘制多条支撑线控制网格模型的膨胀细节，参考图2的步骤2，用户根据将要生成饰品模型的形状，在垂直主骨架线的方向画出几条支撑线，对比最终的结果我们可以看到，支撑线所在的位置是饰品模型宽度变化的极值点，而支撑线的长度为该点饰品模型的宽度。

[0037] c、截曲线的绘制：用户可以选择特定的曲线形状，例如椭圆等，或者手工绘制曲线，该曲线即为将生成网格模型的截曲线形状，截曲线为封闭曲线。参考图2的步骤3，饰品的模型选定为椭圆形，用户调整椭圆长宽比，控制椭圆的比率。

[0038] d、模型建立：根据用户在a绘制的主骨架线、b绘制的支撑线，以及c绘制的截曲面形状创建三维模型。创建出的模型具有良好的光滑性，在这个部分中，a中绘制的主骨架线和b中绘制的支撑线构成了待生成模型的侧面轮廓，而c中绘制的截曲面形状构成了待生成模型的截面轮廓，方法采用sweep surface的方法，沿着主骨架线的方向膨胀出网格模型，如图2的步骤4，生成的模型都是根据用户输入的主骨架线、支撑线和截曲面形状，在模型建立过程中，方法首先对主骨架线进行映射处理，沿着曲线方向，以曲线的长度为变量，将二维的主骨架曲线映射到新二维坐标系的x轴上，再将每一条支撑线映射到新二维坐标系的一个点中，该点的x坐标为二维骨架曲线对应的x值，y坐标为支撑线长度。方法接着以所有支撑线映射的坐标为节点，采用样条插值的方法算出主骨架线上每一点的支撑长度。最后，方法按照一定的步长，沿着主骨架线的方向，根据之前算出的每一节点的支撑长度，进行网格膨胀，膨胀形状为c中输入的截曲面。

[0039] e、模型修改：用户可以利用两种方式修改模型，一种是传统的操作方法，例如剪切。另一种是调整主骨架线的形状修改模型，如图2的步骤5所示，这种方法修改了主骨架线的走势，由此改变了生成三维模型的形状。

[0040] 参照图3，表示基于骨架草图绘制的3D建模方法流程步骤f的例子。在融合与粘贴部分，用户可以重复a～e的操作，得到一系列网格模型单元，这些单元可以被任意组合，融合或粘贴，正如图3所示，在已有的空瓶的基础上，用户想要设计一个瓶盖，只需在原有瓶子的基础上，按照上述a～e的方法设计，独立生成一个瓶盖，最后将这两部分进行简单的组合操作即可。

[0041] 从自由形态设计方法的内容和设计过程来看，二维骨骼能够很好的刻画模型的轮廓信息，独立的作为交互的输入后，充分的利用骨骼信息，就可以获得与轮廓草图类似或更好的结果。本方法用骨骼绘制替代轮廓线绘制，不仅极大地降低了用户交互的复杂性，生成的模型也更具光滑性。

[0042] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。