[发明专利]一种单连通嵌套图形结构的生成方法及系统

说明书

本发明提供了一种单连通嵌套图形结构的生成方法及系统，确定输入的N个图案的嵌套顺序，计算所述图案的轮廓点集；确定最外层图案及其内部第一层图案，计算重心位置、角度和缩放比例，使得第一层图案重心在重心位置且角度为计算角度时，按缩放比例缩放后的第一层图案符合设定的设计需求；将处理后的第一层图案看做新的最外层图案，并确定下层图案为第一层图案，不断重复，直到计算完所有的N层图案的嵌套参数；逐层绘制图案，生成最终的单连通嵌套图形结构，根据嵌套图形结构生成对应的可进行3D打印的三维模型。本发明能够提高图案的填充率，充分利用图形空间，有效处理复杂图案。

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，具体涉及一种单连通嵌套图形结构的生成方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

多层图形的嵌套，即将多种具有关联语义的图案通过层层嵌套组合起来，通过少量的元素组合和虚实间隔,将图形轮廓线条的流畅美感更集中地体现出来。中国传统美学中的留白也赋予了这些图案更多的想象空间和复杂有趣的故事情境，表达出超越图案本身的丰富语义。同时，嵌套图形也因紧致的结构，在材料的使用上更为俭省。这一嵌套图形结构，在中国传统的剪纸、印章、雕塑、皮影中都可窥见其身影，是一种新颖巧妙的图形组合形式。

嵌套图案艺术品设计，广泛地存在于印花、陶瓷等产品中，但主要采用简单几何图案或者花纹，仅仅是保证了整体的美观效果，没有利用到复杂图案的丰富语义。而少数利用到图案语义的嵌套图案设计，往往很难表达丰富的图案语义，也很难表达多层图案之间的语义关联和情境。

徐凡等人提出的一种生成任意简单多边形的多层旋转体的方法(徐凡,饶聪,吕琳.面向3D打印的简单多边形多层旋转体生成方法[J].计算机辅助设计与图形学学报,2018(7):20.)，对于给定的简单多边形，计算其内部轮廓与内部轮廓所对应的旋转轴，使之能够在上层空间内自由旋转而不发生碰撞，同时面积最大，经过迭代最终在多边形内生成多层轮廓结构，实现了由任意的简单多边形生成三维旋转体的方法；生成的模型可以通过3D打印一次成型而不需要后期组装；可以在压缩的空间上进行打印，提高了3D打印的效率，降低了3D打印的成本。

但这种方法在嵌套图案的生成上仍存在着一些局限性：(1)优化分层的位置和缩放比例过程采用了最小有向包围盒(Oriented Bounding Box,OBB)方法，用矩形代替最大扫掠面，导致计算结果的填充率较低，①不能够充分利用图形空间；②对复杂图案(如T形、S形、马蹄形图案)的处理能力较弱。(2)生成图案的过程中对内部图案进行了旋转角度的约束，进而保留了部分与观察角度有关的信息，但没有进一步给出符合一般审美要求的反馈结果。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种单连通嵌套图形结构的生成方法及系统，本发明在优化内部图形要素(位置、缩放比、旋转角度)过程中采用更为精确的方法，提高图案的填充率，充分利用图形空间，有效处理复杂图案(如T形、S形、马蹄形等)。而且能够兼顾内部图形相对关系的约束条件和美观性要求，能生成更符合用户要求的嵌套结构。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种单连通嵌套图形结构的生成方法，包括以下步骤：

步骤(1)：确定输入的N个图案的嵌套顺序，计算所述图案的轮廓点集；

步骤(2)：确定最外层图案及其内部第一层图案，计算重心位置、角度和缩放比例，使得第一层图案重心在重心位置且角度为计算角度时，按缩放比例缩放后的第一层图案符合设定的设计需求；

步骤(3)：将处理后的第一层图案看做新的最外层图案，并确定下层图案为第一层图案，迭代执行步骤(2)，直到计算完所有的N层图案的嵌套参数；

步骤(4)：逐层绘制图案，生成最终的单连通嵌套图形结构，根据嵌套图形结构生成对应的可进行3D打印的三维模型。