[发明专利]一种基于多视几何概念设计的三维建模方法

权利要求书

1.一种基于多视几何概念设计的三维建模方法，其特征在于：将概念设计场景转化成多视几何场景，在多视几何场景中构建三维模型，具体包括如下步骤：

（1）构建多视几何场景；

（2）在多视几何场景中手绘二维草图：

在支持多点触控的交互式屏幕上，设计师直接在构建好的多视几何场景上根据脑海中的产品模型绘制草图；

（3）识别二维草图，获得图像空间的草图元素；

（4）基于多视几何场景将草图元素映射到三维空间，形成相应的三维建模元素；

（5）以三维建模元素为输入，完成基本体素及复杂三维模型的构建；

（6）将生成的三维模型融入到多视几何场景；

（7）重复上述步骤（2)-(6)，并为多视几何场景添加新图像；

步骤（3）中所述的草图元素是在多视几何场景中的某一幅图像上定义的，为二维图像坐标下的草图元素，本案中草图元素包括绘制模型的截面线，给截面线增加第三维坐标，将其看作一个三维截面线；然后旋转三维截面线至某一角度，投影三维截面线形成多视几何场景中的第二幅图像，在第二幅图像上绘制一个拉伸向量。

2.根据权利要求1所述的基于多视几何概念设计的三维建模方法，其特征在于：步骤（1）中最初的多视几何场景为空白的，构建多视几何场景过程：①在第1场景中绘制二维草图；②设计师交互旋转多视几何场景至一个符合设计思维的角度，生成多视几何场景中的第2场景及图像；图像的生成利用现有图形系统的投影功能可以方便地完成；③重复上述步骤②可以为多视几何场景添加更多的场景图像；④构建三维模型后，将三维模型投影到一个符合设计思维的角度，进一步向多视几何场景添加所需的更多图像。

3.根据权利要求1所述的基于多视几何概念设计的三维建模方法，其特征在于：步骤（2）中，采用多点触控技术对手绘草图进行识别，所述的多点触控技术包括手绘草图的噪声消除、特征点识别、笔划分割、草图元素线形识别和拟合算法。

4.根据权利要求3所述的基于多视几何概念设计的三维建模方法，其特征在于：首先对草图原始数据进行提取和平滑滤波处理，综合应用圆面积包围算法、斜率变化算法等算法来识别手绘草图的型值点和拐点；然后通过综合2种方法来判断手绘草图的特征点。

5.根据权利要求4所述的基于多视几何概念设计的三维建模方法，其特征在于：型值点和拐点识别，通过特征点将手绘草图分段成笔划；然后利用最大包围矩算法来识别笔划，具体步骤为①计算笔划的封闭情况，②计算各个子笔划的最大包围矩，③通过它的长宽比识别不同的几何类型，最后将识别出的线元转换成图像坐标系下可用方程表示的矢量几何笔划。

6.根据权利要求1所述的基于多视几何概念设计的三维建模方法，其特征在于：步骤（4）中，草图识别后得到一系列图像空间的草图元素，在多视几何场景下将二维草图元素映射成三维建模元素，推算二维草图元素的三维坐标。

7.根据权利要求6所述的基于多视几何概念设计的三维建模方法，其特征在于：为了根据多视几何关系恢复三维信息，需要解决多视几何场景下多幅图像上对应特征点的匹配问题，由于多视几何场景是由计算机生成的虚拟环境，而不是来自于自然环境，因此通过伪彩色技术使得三维重建过程中图像特征点的匹配变得易于实现：（1）设三维模型由若干个曲面，平面可视为曲面的特例构成，根据曲面的两个参数（u，v）设定曲面的颜色；（2）在投影图像生成过程中关闭光照以确保投影图像的颜色不随视点变化而变化。

8.根据权利要求1所述的基于多视几何概念设计的三维建模方法，其特征在于：步骤（5）中，在多视几何场景下进行概念设计建模时，交互方式主要采用以下几类交互方式：①多视几何场景的平移、旋转、缩放等操作；②旋转、拉伸等建模操作命令；③草图绘制命令。

9.根据权利要求1所述的基于多视几何概念设计的三维建模方法，其特征在于：人机交互建模过程中需要对多视几何场景进行管理、控制及显示：

多视几何场景中包含多幅图像，随着概念设计过程的进行，图像数量也会越来越多，采用列表方式管理图像，通过人机交互选择列表中的图像并完成其添加、删除和修改；

多视几何场景中的图像作为草图绘制的背景出现，随着设计师对已生成三维模型的旋转、平移和缩放等人机交互操作，通过向多视几何场景设计一个二-三维投影变换矩阵来实现多视几何场景中的图像的旋转、平移和缩放；

随着三维场景投影方向的变化，多视几何场景中的图像也要动态的显示和隐藏，当交互旋转三维场景至特定角度时，可以自动调整三维场景的投影方向，使相应的图像能够作为背景显示出来，通过列表交互实现图像的显示和隐藏；

直接将三维模型投影到多个不同方向并将相应的投影图像添加到多视几何场景中即可完成三维模型的多视几何场景表示。