本发明专利技术公开了一种基于植物材质表面自然卷积特征的虚拟变形仿真方法、系统及存储介质，包括：扫描植物材质表面产品的实体，构建产品各部分的三维模型，确定三维模型的顶点、边、面的个数，构建出具有三角形面的雪茄白模，重置雪茄白模在三维空间中的坐标；对雪茄白模的顶点进行UV坐标映射，根据产品的实际外观创建材质并分配噪声纹理；实现雪茄白模在三维空间中的材质和噪声纹理映射之后，对产品进行自然卷积特征的变形。本发明专利技术通过结合自由形变技术和噪声纹理以实现植物类产品如雪茄茄套、茄衣自然卷积，同时还增强了模型形变后的纹理质量和视觉效果。
1、植物类材质表面产品，如雪茄，作为一种特定材质的产品，其表面材质和形态变化特征对于品质把控、制造过程及仿真呈现等环节至关重要。然而传统的雪茄制作和过程研究主要是基于实体物品的测量和观察，这种方法存在着费时费力、数据不精确和人工制作差异性等问题。
2、随着虚拟仿真技术的不断发展，产品设计领域开始向数字化进行变革。虚拟仿真技术使得雪茄可以通过三维建模软件将实体物品转化为精确的数字模型，这些数字模型具有高度的可编辑性和可视化，使雪茄能够随时调整其形状、尺寸、结构和材质。目前的雪茄仿真技术大多停留在数字模型上，部分实现了虚拟雪茄的简单移动和旋转，但需要结合计算机图形学实现虚拟雪茄的自然卷积过程。在计算机图形学中，现有的虚拟变形仿真技术一般是使用网格变形或自由变形的方法，其中：网格变形通过对网格顶点进行位移来模拟物体的变形过程，但需要处理网格的拓扑关系和顶点权重，对模型的要求较高。自由变形通过调整控制点位置来对模型进行形状变换，但这两者在涉及到模型的旋转、缩放或者非线性变换等，这些变换可能会影响纹理在模型表面的投影效果，导致纹理失真或者不准确。同时，现有技术在变形仿真领域通常使用的是几何模型，将白模进行曲面细分，再对需要变形的模型建立局部坐标系，通过手动设置控制点和其他一些参数，最后对控制点进行移动来实现变形效果，这样实现技术应用于雪茄变形中不够平滑自然，并且无法实现变形过程中雪茄纹理材质的真实性。
r/>技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于植物材质表面自然卷积特征的虚拟变形仿真方法、系统及存储介质，用于解决现有技术中植物类材质表面仿真方法中因缺少自然卷积、变形中不够平滑自然，并且无法实现变形过程中纹理材质的真实性、可视化效果不佳的问题。
2、本专利技术通过下述技术方案解决上述问题：
3、一种基于植物材质表面自然卷积特征的虚拟变形仿真方法，包括：
4、扫描植物材质表面产品的实体，构建产品各部分的三维模型，确定三维模型的顶点、边、面的个数，构建出具有三角形面的雪茄白模(即不含材质纹理的三维几何模型)，重置雪茄白模在三维空间中的坐标；
5、为了实现雪茄真实细腻的视觉效果，需要将创建的表面材质(material)和噪声纹理(texture)映射到雪茄白模在三维空间中的uv坐标，从而生成含材质的完整模型即雪茄几何模型。创建材质包括定义材质属性，属性是用于定义三维模型表面外观和光学特征的参数，如颜色、反射率、粗糙度、折射率、金属度等。噪声纹理是应用于三维模型表面的图像，实现复杂的细节和表面特征，如凹凸纹理、法线纹理、漫反射纹理等。为了将正确的材质和纹理应用到雪茄白模上，需要进行uv坐标映射(uv mapping)，将雪茄白模的顶点坐标转换为纹理坐标，确保材质和纹理能准确覆盖在雪茄模型表面；
6、实现雪茄几何模型与材质、噪声纹理的uv坐标映射之后，再进行自然卷积特征的变形。
7、进一步地，所述对雪茄几何模型在三维空间中的坐标进行材质和噪声纹理的uv坐标映射中噪声纹理映射的方法为：
8、a、在纹理空间随机根据变形情况随机分布特征点，根据欧几里得距离公式计算每个变形点到特征点的距离；
9、b、找出每个变形点最近的特征点，使用线性插值计算噪声值，使用线性缩放将噪声值缩放到目标范围内，并根据缩放后的噪声值映射到其纹理属性。
10、进一步地，所述步骤a具体为：
11、对于纹理空间中的每个点p，计算p到每个特征点fi的距离d(p,fi)：
12、
13、其中，px,py，pz分别为点p的x轴，y轴和z轴坐标；fi,x，fi,y，fi,z分别为特征点fi的x轴，y轴和z轴坐标。
14、进一步地，所述步骤b具体为：
15、找出每个点p最近的特征点，使用线性插值计算噪声值，用于归一化距离值：
16、
17、其中，dmax为点p与所有特征点的最大距离值，dmin为点p与所有特征点的最小距离值，di为点p到第i个特征点fi的距离值，f(di)为点p到第i个特征点fi的归一化距离值。根据f(di)归一化距离值，可确定点p在归一化噪声纹理图上的归一化纹理坐标。
18、根据上述归一化纹理坐标，可计算出点p在原始噪声纹理图上的原始噪声值noise。
19、因为原始噪声值的取值区间随机性较大，故使用线性缩放将原始噪声值noise缩放到本算法所需的目标取值区间[a′,b′]内：
20、
21、其中，maxnoise为原始噪声最大值，minnoise为原始噪声最小值，scalenoise为将原始噪声noise缩放到[a′,b′]区间的缩放噪声值。
22、根据缩放后的噪声值映射到其纹理属性中的颜色、亮度、法线和粗糙度，并进行颜色校正。
23、进一步地，所述自然卷积特征的变形的方法为：
24、创建一个含多个控制点的贝塞尔曲线，创建一个包含多个控制点的贝塞尔曲线，该贝塞尔曲线是一个归一化的二维曲线，其x、y轴取值范围均在(0，1)之间；坐标原点表示变形区域起始点，x轴的数值表示离起始点的距离，归一化之后的距离范围在(0，1)之间；y轴的数值表示变形的幅度范围，归一化之后变形幅度范围在(0，1)之间，该贝塞尔曲线形状由用户手动调整定制，曲线形状能够唯一确定：离起始点x距离的位置，变形幅度为y值大小；
25、首先，在方法外部声明了一个枚举类型axis，该枚举类型表示三维空间的三个轴向(x,y,z)，表示变形发生在三维空间的哪个轴向方向上；然后在方法内部定义一个名为axis公共变量，并将其初始化为枚举类型axis的x常量，表示默认轴向为x轴；
26、定义一个局部的整型变量ax，该变量是上述axis的整数值，目的是确定变形影响的轴向，并用于后续alpha参数的计算；
27、将需要变换的顶点乘以一个变换矩阵，并转化坐标系；如下：
28、result.x＝m00*point.x+m01*point.y+m02*point.z+m03；
29、result.y＝m10*point.x+m11*point.y+m12*point.z+m13；
30、result.z＝m20*point.x+m21*point.y+m22*point.z+m23；
31、x、y、z分别表示三维空间的三个轴向，result.x、result.y、result.z用于存储变换后的结果，point.x、point.y、point.z表示点在x、y、z方向上的值，自定义如下变量：m00、m01、m02、m03、m10、m11、m12、m13、m20、m21、m22、m23表示一个3×4变换矩阵，如下：
32、
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【技术保护点】
1.一种基于植物材质表面自然卷积特征的虚拟变形仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于植物材质表面自然卷积特征的虚拟变形仿真方法，其特征在于，所述对雪茄几何模型在三维空间中的坐标进行材质和噪声纹理的UV坐标映射中噪声纹理映射的方法为：
3.根据权利要求2所述的基于植物材质表面自然卷积特征的虚拟变形仿真方法，其特征在于，所述步骤A具体为：
4.根据权利要求3所述的基于植物材质表面自然卷积特征的虚拟变形仿真方法，其特征在于，所述步骤B具体为：
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于植物材质表面自然卷积特征的虚拟变形仿真方法，其特征在于，所述自然卷积特征的变形的方法为：
6.根据权利要求1所述的基于植物材质表面自然卷积特征的虚拟变形仿真方法，其特征在于，所述三维模型包括几何体、顶点属性和纹理坐标，所述几何体定义了产品的形状和结构，包括顶点、边和面；顶点属性包括顶点位置，所述顶点位置即顶点在三维空间中的坐标(x,y,z)；所述纹理坐标用于映射二维纹理到三维模型的表面。
7.基于植物材质表面自然卷积特征的虚拟变形仿真系统，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的基于植物材质表面自然卷积特征的虚拟变形仿真系统，其特征在于，所述噪声纹理分配模块具体包括：
9.根据权利要求7所述的基于植物材质表面自然卷积特征的虚拟变形仿真系统，其特征在于，所述变形计算模块具体包括：
10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一项所述的基于植物材质表面自然卷积特征的虚拟变形仿真方法。
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【技术特征摘要】
1.一种基于植物材质表面自然卷积特征的虚拟变形仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于植物材质表面自然卷积特征的虚拟变形仿真方法，其特征在于，所述对雪茄几何模型在三维空间中的坐标进行材质和噪声纹理的uv坐标映射中噪声纹理映射的方法为：
3.根据权利要求2所述的基于植物材质表面自然卷积特征的虚拟变形仿真方法，其特征在于，所述步骤a具体为：
4.根据权利要求3所述的基于植物材质表面自然卷积特征的虚拟变形仿真方法，其特征在于，所述步骤b具体为：
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于植物材质表面自然卷积特征的虚拟变形仿真方法，其特征在于，所述自然卷积特征的变形的方法为：
6.根据权利要求1所述的基于植物材质表面自然卷积特征的虚拟变形仿真方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹远洋，董凌峰，黄益，谢光奎，李曦，向云柯，罗在舫，廖鑫林，
申请(专利权)人：四川中烟工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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