[发明专利]一种基于有限支撑半径控制的卷积曲面混合建模方法

说明书

本发明公开一种基于有限支撑半径控制的卷积曲面混合建模方法，包括：包括首先选择点、线、面三种骨架中的一种并设置其大小和厚度；其次输入骨架，指定每个骨架点支撑半径和骨架半径的比例系数；然后使用插值计算三维离散场中各点的比例系数，使用卷积曲面对具有半径和比例系数信息的点、线、多边形骨架进行逼近，最后把上述操作得到的骨架计算三维离散场中的标量信息，并提取等值面；本发明利用改变比例系数能够让用户可以自由控制骨架间混合范围和混合程度，改进了卷积曲面产生的鼓包问题，此方法成型质量高，降低了3D打印技术的难度，大大降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及计算机图形学建模领域，特别是涉及一种基于有限支撑半径控制的卷积曲面混合建模方法。

背景技术

在3D建模过程中，常常遇到物体相互混合的情况，这类情况主要需要结合不同的模型来生成一个完整的模型。在游戏、电影等应用中的模型，例如：各种卡通人物、动物和场景以及实际生活中如瓷器、树枝、躯干等，它们在连接处都具有光滑的表面，它们在连接处都具有光滑的表面，如何建立并逼近一个光滑的表面是一个需要解决的问题。

对于上述问题，一般的混合建模方法中的卷积曲面建模能使多个物体进行混合，卷积曲面定义为通过核函数卷积几何骨架得到的一个嵌入标量场的等值面，参见J.Bloomenthal and K.Shoemake.Convolution surfaces.Computer Graphics,25(4):251–256,1991，卷积曲面核函数的选取对于卷积曲面的生成有着至关重要的作用。现有技术中采用Cauchy核函数产生简单骨架势函数的方法，由于Cauchy核函数是全局支撑函数，计算成本较大、效率较低，而且如果修改曲面某一位置，整体都会受到影响发生变化，参见Mccormack J,Sherstyuk A.Creating and Rendering Convolution Surfaces[J].Computer Graphics Forum,1998,17(2):113-120。

在现实生活中，我们常见到如血管、树形分枝等结构，对于血管的研究，如何建立一个接近真实的血管模型，并且能够控制血管连接的方式，建立健康的血管模型和一些带有血管疾病的模型进行分析研究，是一个在医学领域需要解决的问题。对于此，原始的卷积曲面能够建立一个较真实的血管模型，但是却无法调节血管间混合的连接面，无法表现出血管间混合的多种变化，3D打印上述模型时困难大，因此目前需要一种方法解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于有限支撑半径控制的卷积曲面混合建模方法，以解决上述现有技术存在的生产成本较大、效率较低以及影响范围不可控的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：包括以下步骤：

S1：用户选择点骨架、线骨架、多边形骨架三种骨架的其中一种，并指定所选骨架的尺寸和厚度，用于构建血管模型；

S2：输入S1中选择的骨架，指定所述骨架点的支撑半径和骨架半径的比例系数；

S3：用插值计算的方法计算三维离散场中每个骨架点的比例系数；

S4：使用卷积曲面对S3中的骨架进行逼近；

S5：得到S4中的骨架模型后，计算三维离散场中的标量信息，并提取等值面，用于调整血管之间的连接方式，包括光滑度、是否鼓包；

S6：调整好血管之间的连接方式后，利用骨架模型面片信息导出三维模型文件，将所述三维模型文件发送至3D打印机，打印出实物模型。

优选的，通过调节步骤S2中支撑半径和骨架半径的比例系数，调整骨架点受其他骨架点的场函数的影响范围，进而调节骨架相交过渡面的混合平滑程度；支撑半径和骨架半径比例系数，所述比例系数n与骨架半径d_i和支撑半径R对应关系如下：