[发明专利]一种基于用户轻松交互的三维物体形状的分解方法

说明书

技术领域

本发明是一种三维物体形状分解的方法，该分解是基于用户轻松交互的方法。用户根据简单划线方式表达对物体分解的意图，该方法能根据划线信息生成满足用户意图的物体分解结果。

背景技术

将图像中需要的部分从画面中提取出来，又叫图像抠图，或去底。通常地，人们用图像抠图技术从一幅图片中将某一部分截取出来，然后和另外的背景图像进行合成生成一副新的图像。如我们可以把人物肖像从一副图像中抠取出来放到另一副美丽的自然风景图片中，加工成一副艺术作品。

Adobe公司的知名图形处理软件Photoshop中提供了套索工具对图像进行抠图操作，Corel公司开发的专业抠图软件Knockout也提供了抠图操作，并且连细小的毛发都能从复杂的背景中分离出来。但是这些软件的使用比较复杂，如果不经过一段时间的培训和练习，用户很难掌握抠图操作的要领。在三维计算机图形学中，人们也常常需要从一个已知物体上选取并切割出一部分，然后进行诸如编辑，变形和拼接等操作。

三维几何造型与处理是计算机图形学、计算机辅助设计(CAD)和计算机动画的核心内容之一。传统的曲面模型的获取是利用曲线曲面的解析表示由人工在计算机上合成得到，已在CAD系统中形成了以NURBS为工业标准的参数曲面造型技术。另一方面，随着数字化技术的迅猛发展，产生了逆向工程和数字几何处理等新的研究领域。

在几何建模系统中，特别是在计算机动画系统中，大部分用户都是根据一些已知的几何模型利用一些交互手段，通过修改编辑，剪切和组合来得到其所想要的几何模型形状。随着计算机图形学、数字几何和计算机动画应用的日益活跃，随着几何建模手段和交互方式的日益丰富，一方面，基于用户交互的形状编辑与变形的研究已得到大量的研究，如自由变形方法(FFD)，轴变形方法，基于Laplacian坐标的编辑方法，基于Poisson方程的编辑和变形方法等，并且这些方法的研究近年来有增无减；另一方面，现有的交互方式和手段仍然不能满足用户的所有创意需求，也正日益凸显其与几何建模系统之间的尖锐矛盾，这种矛盾迫使人们需要结合不同领域的各种方法，以创造和发展新的更实用和灵活的用户交互方法和技术，这项紧迫的任务已向广大研究工作者提出了巨大的挑战。因此，几何造型工具的选取必须考虑到所选取造型技术的覆盖域、完整性和简洁性，而界面设计的好坏将直接影响建模效率，其所设计的界面必须是用户友好的。

通常地，人们认识一个几何物体形状，往往是从“高层认知”的角度将其分解为若干个有意义的部分，对于人或者动物的模型来说，人们从视觉认知上都将它们分解为头部，身体和四肢等部分来认识。然后根据不同的应用分别对物体不同部分进行诸如编辑，变形，纹理映射等几何处理。

形状分解是指将一个几何模型分解成若干简单且有意义的子部分，这样的分解使得物体的描述和表示更为直观，更符合人们高层认知的特点。近年来，随着几何造型技术和逆向工程技术的快速发展，人们已逐渐认识到，基于物体分解的高层认知方法和基于物体分解的几何形状编辑技术，已日益成为网格曲面几何处理的非常重要和核心的操作技术，成为人们研究和讨论的热点，并且已应用在纹理地图的生成，曲面简化，几何造型与插值，形状分析、识别和匹配等网格曲面处理上。由此可见，形状分解技术已成为几何编辑造型中的基本操作手段，寻求高效、适用且符合人们视觉感知的物体分解技术是未来造型系统中非常重要的一环，更是广大研究工作者需要进行广泛研究的焦点问题。

但是，如何评价一个物体形状分解的优劣，如何判定物体的一个分解部分是“有意义”的，这些概念是跟人的视觉认知相关的，带有非常大的主观因素，因而难以给出定量的评价标准。一方面，人的视觉认知过程是非常复杂的，它在计算机视觉中的研究还远未成熟；另一方面，对物体进行怎样的分解也是由应用背景所决定的，比如，对于图1中的动物模型，不同的用户对它会有不同的分解认知，不同的应用也使得用户需要不同层次的分解结果。人们已经认识到，完全自动的分解算法是不可能存在的，也是不现实的，寻求简单交互形式的形状分解技术具有十分重要的实际意义。