一种基于部件模板的三维玩具模型开版方法技术

本发明专利技术公开了一种基于部件模板的三维玩具模型开版方法，该方法针对的是采用部件组合式造型方法设计的三维玩具模型，该方法首先将常用的三维玩具部件模型表面分割线的设计方法以模板的形式保存到部件模板库中。在设计新的玩具时，对玩具的每一个部件，从部件模板库中自动搜索最相似的部件，将部件模板中的分割线自动映射到新的部件上，实现自动开版，从而提高设计的效率，降低学习玩具设计的难度。本发明专利技术的方法不但适用于设计布质玩具，也适用于设计皮质、革质等一切可以缝制的软性材料制成的玩具，可以广泛应用于玩具设计领域。

A 3D toy model publishing method based on component template

【技术实现步骤摘要】
一种基于部件模板的三维玩具模型开版方法
本专利技术涉及一种玩具的开版方法，特别涉及一种基于部件模板的三维玩具模型开版方法。
技术介绍
布质玩具设计制作过程包括开版、裁剪布料、缝合等步骤。其中，开版是设计玩具的二维纸样或裁片，它是玩具设计制作中的一个必不可少的关键步骤。长久以来，玩具开版都是采用传统的手工作业完成，也就是凭设计师的空间想象能力和实践经验，用手工将想象中的玩具立体模型设计为平面的纸样，这对设计师的空间想象能力和实践经验有非常高的要求。在实际操作中，常常由于设计师的空间想象能力或者实践经验不够，而导致设计的纸样达不到要求而需要多次修改，这样不但损耗了材料也浪费了时间，而且用手工开版制成的玩具精度也不高。随着计算机图形学和CAD技术的发展，出现了三维玩具开版技术。从计算机图形学的角度来说，三维玩具开版是在三维模型的基础上，将三维玩具模型的网格曲面进行分割，形成多块曲面片，然后采用三维曲面展开的方法将曲面摊平到二维平面上，获得三维曲面对应的二维网格面，最后将二维网格面的边界组成一个多边形，得到玩具的二维纸样。虽然三维玩具设计技术改变了设计的方式，加快了设计的速度，但是还存在一个问题，制约着三维玩具设计技术的普及。我们知道，纸样设计是一门传统的手艺，依赖于设计师空间想象、审美和设计经验，设计知识是非公式化、非规范化的，难以被清楚地直接表达和传授，学习设计主要以师傅带徒弟的方式，能否掌握还得依靠学习者的领悟能力。这在很大程度上抬高了使用三维玩具设计技术的门槛，不利于设计人才的培养。为了解决该问题，本专利技术提出一种基于部件模板的三维玩具模型开版方法。首先将常用的三维玩具部件模型表面分割线的设计方法以模板的形式保存到部件模板库中。在设计新的玩具时，对玩具的每一个部件，从部件模板库中自动搜索最相似的部件，将部件模板中的分割线自动映射到新的部件上，实现自动开版，从而提高设计的效率，降低学习玩具设计的难度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于部件模板的方法，建立部件分割线模板库，采用球面参数化与三维模型相似性搜索的方法，将分割线模板上的信息映射到三维玩具部件表面，自动生成分割线，最后采用三维曲面展开的方法获得玩具的二维纸样。为解决该技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于部件模板的三维玩具模型开版方法，方法包括下列步骤：1)选择常用的玩具部件模型，针对每个部件，在其表面绘制分割线，计算其形状描述子，并对模型做球面参数化，建立玩具部件模板库；2)读入一个基于部件组合而成的三维玩具模型；3)针对其每个部件，从模板库中搜索形状最相似的部件，对三维玩具模型部件做球面参数化，并将部件模板的分割线映射到三维部件模型表面上，生成分割线；4)自动生成三维玩具部件之间的相交线；5)用交互的方式调整三维部件模型表面的分割线；6)分割线将三维玩具模型表面划分为若干个区域，每个区域即为一个三维纸样，将所有的三维纸样展开，既获得三维玩具模型的二维纸样。进一步的，在步骤1)中，将常用的三维玩具部件模型按形状与类型进行分类，建立部件模板库，进行设计知识的重用，需要在三维部件表面绘制分割线，然后计算三维部件的形状描绘子，最后进行球面参数化处理；其中，采用可编辑的带控制点的三次样条曲线在三维部件模型表面生成分割线，并记录分割线的信息，包括分割线与三维部件模型网格边界的相交信息、分割线之间的连接与相交关系。进一步的，在步骤3)中，自动在三维玩具模型的每个部件上生成分割线，分为三个步骤，具体如下：第一步，对每个部件，首先计算其形状描述子，然后比较该部件与部件库中所有部件的相似性，通过形状描述子的距离计算比较模型之间的相似度，按相似度进行排序，取最相似的部件作为玩具部件匹配的模型，获通过交互的方式从部件库中挑选一个部件作为匹配的模型；第二步，对三维部件模型做球面参数化，获得三维部件模型所有网格点的球面坐标参数；第三步，根据三维部件的形状描述子，计算出三维部件的坐标变换参数(形状描绘子是一组表示三维模型形状特征的向量，计算三维部件的坐标变换参数就是计算变换矩阵)，使得它与部件库中匹配模型的方位一致，将部件模板上的分割线映射到三维部件模型表面上，自动在三维部件模型上生成分割线。进一步的，在步骤4)中，通过三维模型网格面的求交方法获得其相交线，即对于两个相交的三维部件，通过计算两个部件模型的所有三角网格面之间的相交线段(三角网格面是三维模型本身就有的，是在造型时就生成的)，将相交线段按顺序连接成一个多边形，就得到两个部件模型之间的相交线，将其作为分割线。进一步的，在步骤6中，三维玩具表面的分割线将三维玩具模型表面划分为若干个区域，每个区域即为一个三维纸样，展开纸样之前，选择三维纸样，生成与该三维纸样相对应的三维网格，然后将三维网格转化为二维玩具纸样，将所有的三维曲面展开后，获得该玩具的全部纸样。采用上述技术方案，首先建立常用三维玩具部件的数据库，在数据库中，三维部件模型包含表面分割线、形状描述子与球面参数化的信息。对一个玩具进行开版时，分别处理每一个部件，从部件数据库中搜索最相似的部件，然后将数据库中部件的分割线信息映射到玩具部件上，自动生成分割线，然后展开三维曲面，获得玩具的二维纸样。将设计二维纸样打印出来，再根据二维纸样裁剪布料，最后将裁剪后的布料缝合，得到布质玩具的实物。该方法不但适用于设计布质玩具，也适用于设计皮质、革质等一切可以缝制的软性材料制成的玩具，可以广泛应用于玩具设计领域，应用面较广。该专利技术提高了玩具设计的自动化程度，提高了玩具设计的质量，降低了学习玩具设计的难度，提升了用户体验。该方法可以被专业的玩具设计师与普通用户使用。附图说明图1：本专利技术总体流程图图2：常用的三维玩具部件模型图3：在三维部件模型表面上绘制分割线图4：三维模型的球面参数化结果图5：基于组合式造型的三维玩具模型图6：两个部件之间的分割线映射图7：三维玩具部件之间的相交线图8：展开三维玩具模型的纸样具体实施方式下面结合具体实例对本专利技术方法做进一步的说明。本专利技术的基于部件模板的三维玩具模型开版方法，主要包括下列步骤：1)选择常用的玩具部件模型，建立玩具部件模板库。对模板库中的每个部件，在其表面绘制分割线，计算其形状描述子，并对模型做球面参数化；2)读入一个基于部件组合而成的三维玩具模型；3)对三维玩具模型的每个部件，从模板库中搜索形状最相似的部件，对三维部件模型做球面参数化，并将部件模板的分割线映射到三维部件模型表面上；4)自动生成三维玩具部件之间的相交线；5)用交互的方式改进三维部件模型表面的分割线；6)选择玩具表面的各个区域，展开所有的纸样，获得三维玩具模型的二维纸样。具体的：在步骤1中，选择常用的玩具部件模型，建立玩具部件库。在本专利技术中，三维玩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于部件模板的三维玩具模型开版方法，其特征在于,该方法针对的是采用部件组合式造型方法设计的三维玩具模型，方法包括下列步骤：/n1)选择常用的玩具部件模型，针对每个部件，在其表面绘制分割线，计算其形状描述子，并对模型做球面参数化，建立玩具部件模板库；/n2)读入一个基于部件组合而成的三维玩具模型；/n3)针对其每个部件，从模板库中搜索形状最相似的部件，对三维玩具模型部件做球面参数化，并将部件模板的分割线映射到三维部件模型表面上，生成分割线；/n4)自动生成三维玩具部件之间的相交线；/n5)用交互的方式调整三维部件模型表面的分割线；/n6)分割线将三维玩具模型表面划分为若干个区域，每个区域即为一个三维纸样，将所有的三维纸样展开，既获得三维玩具模型的二维纸样。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于部件模板的三维玩具模型开版方法，其特征在于,该方法针对的是采用部件组合式造型方法设计的三维玩具模型，方法包括下列步骤：
1)选择常用的玩具部件模型，针对每个部件，在其表面绘制分割线，计算其形状描述子，并对模型做球面参数化，建立玩具部件模板库；
2)读入一个基于部件组合而成的三维玩具模型；
3)针对其每个部件，从模板库中搜索形状最相似的部件，对三维玩具模型部件做球面参数化，并将部件模板的分割线映射到三维部件模型表面上，生成分割线；
4)自动生成三维玩具部件之间的相交线；
5)用交互的方式调整三维部件模型表面的分割线；
6)分割线将三维玩具模型表面划分为若干个区域，每个区域即为一个三维纸样，将所有的三维纸样展开，既获得三维玩具模型的二维纸样。


2.根据权利要求1所述的基于部件模板的三维玩具模型开版方法，其特征在于,在步骤1)中，将常用的三维玩具部件模型按形状与类型进行分类，建立部件模板库，进行设计知识的重用，需要在三维部件表面绘制分割线，然后计算三维部件的形状描绘子，最后进行球面参数化处理；其中，采用可编辑的带控制点的三次样条曲线在三维部件模型表面生成分割线，并记录分割线的信息，包括分割线与三维部件模型网格边界的相交信息、分割线之间的连接与相交关系。


3.根据权利要求1所述的基于部件模板的三维玩具模型开版方法，其特征在于,在步骤3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东亮，金映含，冯琬婷，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33