[发明专利]一种权值C2连续的线性混合形状编辑方法

说明书

本发明公开了一种权值C²连续的线性混合形状编辑方法，包括以下步骤：1)获取基础信息，包括用户输入的模型、实控制点和控制骨骼；2)使用实控制点离散化控制骨骼，并对实控制点初始化；3)估算模型各顶点到实控制点的内部距离；4)生成虚控制点；5)计算实控制点对虚控制点的权重以及控制点对模型顶点的权重；6)用户操作实控制点变换，虚控制点响应变换；7)GPU并行加速重构模型。本发明可以在编辑的过程中，尽量保持模型表面原有的细节特征，模型变形过渡平滑，能够感知模型的局部或整体形状，模型的编辑效果良好，重构模型阶段使用GPU并行计算加速，能够及时给用户的编辑反馈，高效的编辑效率能够达到实时效果。

技术领域

本发明涉及模型形状编辑技术领域，尤其是指一种权值C²连续线性混合形状编辑方法。

背景技术

模型形状编辑与计算机动画息息相关。采用编辑算法或者软件编辑成的模型，可以作为动画的关键帧，并通过插值算法等，生成动画序列。计算机动画也可以通过编程或者动画制作软件等方法，采用计算机图形图像处理算法产生一系列的景物模型或者场景的画面。一般地，当前帧是上一帧的局部修改。计算机动画是通过快速连续播放静止的画面来达到视觉上物体运动的效果。一般而言，刷新率为每秒25帧以上能让人眼感觉看到的是连续的视觉效果。

二维动画是最先被应用在印刷、制图、广告等领域，生成的有GIF文件、 MP4文件、Flash和PowerPoint动画等。二维动画图像一般由二维的位图或者二维向量图来表示或者编辑。这当中包括了自动化的传统动画技术、插值变形技术、Onion蒙皮算法以及对位插值。

三维动画是通过动画师对模型进行数字化建模和操作得到。动画师一般通过创建一个3D多边形网格，然后对其进行一系列的拉伸、旋转等操作，变形至需要的姿态或场景等。关于网格，在计算机图形学中是定义为一系列的点、边和面的集合，通过设定好的拓扑关系使之展示出固定的姿态，能够让人在视觉上形成一个三维的模型或者三维的场景。有时候，网格模型会给出内部数字骨架结构以及相应的关节点，使用户能够方便操作模型。在运动或操作的过程中，软件或者算法会产生一系列的关键帧，然后，再通过算法(如线性插值)对关键帧之间的帧进行插值，生成相应的动画序列。

近十多年来，随着三维网格模型的广泛应用，许多形状编辑算法在相关的领域中相继被提出。现有的模型编辑算法，归纳为基于表面微分坐标、基于重心坐标和控制网格、基于蒙皮插值的三类编辑算法。但是通过对比发现上述的第一类算法有一部分需要求解一组带约束的线性方程组，往往这种算法的求解最终会演变为最小化一组能量方程。这类算法大量耗时的计算会在编辑过程中影响模型对用户操作的响应速度，同时这算法的原理也不容易理解。上述的第二类算法通过构造包围盒或者控制网格等方式，然后用户通过操作包围盒和控制网格，间接地影响模型，达到编辑的目的。这类算法的编辑不够直观，用户要对相应的控制单元操作，需要一定的技巧和经验。而且，这类算法有一部分的包围盒和控制网格是半自动生成的，有些算法需要其他软件生成包围盒和控制网格，甚至需要用户参与生成的工作，不能自适应所有的三维模型。上述第三类算法会出现“糖纸效应”，对于有一部分对有细小特征的模型的编辑不能达到精细形变的编辑效果，那么，需要额外对这类模型添加约束。所以现有的算法均不能同时满足上述编辑的几点要求，缺少一个原理容易理解、高效、便于操作编辑和效果良好的编辑算法。一个编辑算法对模型的编辑效果主要体现在模型的形变质量、编辑的效率和简易的操作上，但是现有的大多数算法很少能够在上述三个方面都达到理想的效果。因此，研究一个针对三维网格模型的高质量、高效的编辑方法是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种权值C²连续的线性混合形状编辑方法，该方法可以在编辑的过程中，尽量保持模型表面原有的细节特征，模型变形过渡平滑，能够感知模型的局部或整体形状，模型的编辑效果良好，重构模型阶段使用GPU并行计算加速，能够及时给用户的编辑反馈，高效的编辑效率能够达到实时效果。