一種構(gòu)建三維物體的方法及計算機輔助設計系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計算機視覺領(lǐng)域，尤其涉及一種構(gòu)建三維物體的方法及計算機輔助設 計系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常情況下，人們借助傳統(tǒng)的計算機輔助設計系統(tǒng)（Computer Aided Design, CAD 系統(tǒng)），按照WIMP模式（視窗Windows,圖標Icon,菜單Menu,鼠標Pointer)生成物體三維 幾何模型，首先用戶需要從CAD系統(tǒng)的用戶交互界面的菜單、面板或者圖標中選取不同的 繪制工具，并在交互窗口中選擇要繪制物體的各種參數(shù)，最后通過點擊、拖拽等一系列操作 選擇物體的繪制位置、大小比例等，完成三維物體的繪制。雖然CAD系統(tǒng)能夠提供強大的三 維物體設計和編輯能力，但是操作比較復雜，只有對于設計系統(tǒng)中繁雜菜單非常熟悉的專 業(yè)人員才能很好地完成設計，同時，使用這種操作系統(tǒng)完成三維物體繁瑣費時，即使設計一 個比較簡單的物體也需要比較長時間。
[0003] 隨著電腦技術(shù)、三維采集設備和網(wǎng)絡的發(fā)展，近幾年來，人們提出一種新的構(gòu)思： 利用簡單易畫的二維線畫圖（即草圖）重構(gòu)三維物體，并開發(fā)出新的CAD系統(tǒng)采用SB頂模 式（sketch-based interfaces for modeling，基于用戶草圖繪制的三維建模）重構(gòu)三維物 體，其中，所述草圖就是二維線畫圖，這類操作界面簡單易懂，用戶只需繪制出與三維物體 對應的二維線畫圖（草圖），系統(tǒng)就可以自動生成用戶所需的三維模型，由于同一個二維線 畫圖對應著無窮多個三維物體，所以這類系統(tǒng)的設計難點在于如何從用戶給出的二維線畫 圖中重構(gòu)出用戶所需要的三維物體。傳統(tǒng)的做法是將線畫圖重構(gòu)三維物體建立為一個優(yōu)化 問題，利用最優(yōu)化方法找到符合人類視覺感知的三維物體，但傳統(tǒng)的該類系統(tǒng)只能處理簡 單的或部分復雜的線畫圖，當處理的線畫圖較為復雜或非常復雜時，系統(tǒng)會因解空間的急 劇膨脹而陷入局部最優(yōu)，導致三維重構(gòu)不準確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實施例提供一種構(gòu)建三維物體的方法及計算機輔助設計系統(tǒng)，對二維線畫 圖進行處理，分割出更加簡單的、符合視覺感知規(guī)律的子線畫圖，高效準確地完成三維物體 的重建。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，
[0006] 第一方面，本發(fā)明實施例提供一種構(gòu)建三維物體的方法，包括：獲取二維線畫圖； 將所述二維線畫圖分割為多個子線畫圖；分別對每個子線畫圖進行三維重構(gòu)；將所述子線 畫圖的三維重構(gòu)結(jié)果進行重組得到三維物體，其特征在于，所述將所述二維線畫圖分割為 多個子線畫圖，具體包括：
[0007] 提取所述二維線畫圖的表面，其中，所述表面為所述二維線畫圖中處于同一平面 的邊圍成的區(qū)域，為凸面或凹面；
[0008] 若所述二維線畫圖包含凹面，則根據(jù)預設策略，在二維線畫圖上添加輔助頂點，以 及，輔助邊，獲取擴展的二維線畫圖；
[0009] 根據(jù)所述擴展的二維線畫圖，獲取所述二維線畫圖的分割面；
[0010] 根據(jù)所述分割面對所述二維線畫圖進行分割，獲取所述二維線畫圖的多個子線畫 圖。
[0011] 在第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式中，結(jié)合第一方面，所述若所述二維線畫圖 包含凹面，則根據(jù)預設策略，在二維線畫圖上添加輔助頂點，以及，輔助邊，獲取擴展的二維 線畫圖，包括：
[0012] 分別在所述二維線畫圖的每個凹面上，增加第一類輔助邊，其中，所述第一類輔助 邊平行于所述凹面的任一邊，所述第一類輔助邊的一個端點為所述凹面的凹點，所述第一 類輔助邊的另一端點為輔助頂點，所述輔助頂點為與所述凹面的邊與所述第一類輔助線的 交占.
[0013] 遍歷所述二維線畫圖的凸面；
[0014] 若存在第一凸面的不相鄰的兩個邊上，分別包含所述輔助頂點，則在所述第一凸 面上增加第二類輔助邊，其中，所述第二類輔助邊的兩個端點分別為所述第一凸面的不相 鄰的兩個邊上的輔助頂點。
[0015] 在第一方面的第二種可能的實現(xiàn)方式中，結(jié)合第一方面，所述若所述二維線畫圖 包含凹面，則根據(jù)預設策略，在二維線畫圖上添加輔助頂點，以及，輔助邊，獲取擴展的二維 線畫圖，包括：
[0016] 若存在第一凹面，所述第一凹面包含共線邊，則在所述第一凹面上增加第三類輔 助邊，其中，所述第三類輔助邊為所述第一凹面的共線邊之間的連線。
[0017] 在第一方面的第三種可能的實現(xiàn)方式中，結(jié)合第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式 或第一方面的第二種可能的實現(xiàn)方式，所述根據(jù)所述擴展的二維線畫圖，獲取所述二維線 畫圖的分割面，包括：
[0018] 遍歷所述擴展的二維線畫圖中的邊；
[0019] 若存在第一邊的兩頂點中至少一個頂點的度不小于4,則將所述第一邊歸入第一 邊集合；
[0020] 對所述第一邊集合中的每一個邊，分別采用深度優(yōu)先搜索算法獲取從所述邊的一 端點到所述邊的另一端點的回路；
[0021] 若搜索到的回路與預設準則不矛盾，則將所述回路確定為所述二維線畫圖的分割 面的回路，獲取分割面；其中，所述預設準則包括：若回路包含一個度為3的3D凸點，則所 述回路不是分割面的回路；若回路經(jīng)過兩個相鄰面fl、f2,且fl、f2共同擁有兩個或兩個以 上不在同一直線上的邊，則所述回路不是分割面的回路；若回路的邊自相交，則所述回路不 是分割面的回路；若回路包含有一個弦，且該弦在二維線畫圖的表面上，則所述回路不是分 割面的回路；若回路包含有兩個不共線的邊，且兩個邊是同一個面f的邊、以及，所述回路 圍城的區(qū)域和f之間有重疊區(qū)域，則所述回路不是分割面的回路。
[0022] 在第一方面的第四種可能的實現(xiàn)方式中，結(jié)合第第一方面的第三種可能的實現(xiàn)方 式，所述方法還包括：
[0023] 在獲取的所述二維線畫圖的分割面中，若同一個凹點上出現(xiàn)至少兩個分割面，則 選擇包含邊的數(shù)量最小的分割面或者周長最短的分割面為所述凹點所在的分割面。
[0024] 在第一方面的第五種可能的實現(xiàn)方式中，結(jié)合第一方面至第一方面的第四種可能 的實現(xiàn)方式中的任一種實現(xiàn)方式，所述根據(jù)所述分割面對所述二維線畫圖進行分割，獲取 所述二維線畫圖的多個子線畫圖，包括：
[0025] 在所述擴展的二維線畫圖中，將與所述分割面有公共邊的表面歸入第一面集合；
[0026] 選取所述第一面集合中的第一表面歸入第二面集合，并將所述第一面集合中的所 述第一表面刪除，其中，所述第一表面為所述第一面集合中的任意一個表面；
[0027] 在所述第一面集合中，若存在第二表面，與所述第二面集合中的表面有公共邊，且 所述公共邊與所述分割面的一個頂點相連，且所述公共邊不屬于所述分割面的邊，則將所 述第二面從所述第一面集合中刪除，歸入第二面集合；
[0028] 獲取與所述分割面的頂點相連但不屬于所述分割面的邊的邊的集合；
[0029] 在所述邊的集合中，若存在第一邊，與所述第一邊相連的所述擴展的二維線畫圖 的兩個表面與所述第二面集合中的第一表面屬于同一面集合，則將所述第一邊歸入第一邊 集合，否則，歸入第二邊集合；
[0030] 根據(jù)所述第一面集合，第二面集合，第一邊集合，第二邊集合對所述二維線畫圖進 行分割，獲取所述二維線畫圖的多個子線畫圖。
[0031] 第二方面，本發(fā)明實施例提供一種計算機輔助設計系統(tǒng)，包括：獲取模塊，用于獲 取二維線畫圖；分割模塊，用于將所述二維線畫圖分割為多個子線畫圖；三維重構(gòu)模塊，用 于分別對每個子線畫圖進行三維重構(gòu)；重組模塊，用于將所述子線畫圖的三維重構(gòu)結(jié)果進 行重組得到三維物體，其特征在于，所述分割模塊包括：
[0032] 凹面獲取單元，用于提取所述二維線畫圖的表面，其中，所述表面為所述二維線畫 圖中處于同一平面的邊圍成的區(qū)域，為凸面或凹面；
[0033] 添加單元，用于若所述二維線畫圖包含凹面，則根據(jù)預設策略，在二維線畫圖上添 加輔助頂點，以及，輔助邊，獲取擴展的二維線畫圖；
[0034] 分割面獲取單元，用于根據(jù)所述擴展的二維線畫圖，獲取所述二維線畫圖的分割 面；
[0035] 子圖獲取單元，根據(jù)所述分割面對所述二維線畫圖進行分割，獲取所述二維線畫 圖的多個子線畫圖。
[0036] 在第二方面的第一種可能的實現(xiàn)方式中，結(jié)合第二方面，所述添加單元，具體用 于：
[0037] 分別在所述二維線畫圖的每個凹面上，增加第一類輔助邊，其中，所述第一類輔助 邊平行于所述凹面的任一邊，所述第一類輔助邊的一個端點為所述凹面的凹點，所述第一 類輔助邊的另一端點為輔助頂點，所述輔助頂點為與所述凹面的邊與所述第一類輔助線的 交占.
[0038] 遍歷所述二維線畫圖的凸面；
[0039] 若存在第一凸面的不相鄰的兩個邊上，分別包含所述輔助頂點，則在所述第一凸 面上增加第二類輔助邊，其中，所述第二類輔助邊的兩個端點分別為所述第一凸面的不相 鄰的兩個邊上的輔助頂點。
[0040] 在第二方面的第二種可能的實現(xiàn)方式中，結(jié)合第二方面，所述添加單元，具體用 于：
[0041] 若存在第一凹面，所述第一凹面包含共線邊，則在所述第一凹面上增加第三類輔 助邊，其中，所述第三類輔助邊為所述第一凹面的共線邊之間的連線。
[0042] 在第二方面的第三種可能的實現(xiàn)方式中，結(jié)合第二方面的第一種可能的實現(xiàn)方式 或第二方面的第二種可能的實現(xiàn)方式，所述分割面獲取單元，具體用于：
[0043] 遍歷所述擴展的二維線畫圖中的邊；
[0044] 若存在第一邊的兩頂點中至少一個頂點的度不小于4,則將所述第一邊歸入第一 邊集合；
[0045] 對所述第一邊集合中的每一個邊，分別采用深度優(yōu)先搜索算法獲取從所述邊的一 端點到所述邊的另一端點的回路；
[0046] 若搜索到的回路與預設準則不矛盾，則將所述回路確定為所述二維線畫圖的分割 面的回路，獲取分割面；其中，所述預設準則包括：若回路包含一個度為3的3D凸點，則所 述回路不是分割面的回路；若回路經(jīng)過兩個相鄰面fl、f2,且fl、f2共同擁有兩個或兩個以 上不在同一直線上的邊，則所述回路不是分割面的回路；若回路的邊自相交，則所述回路不 是分割面的回路；若回路包含有一個弦，且該弦在二維線畫圖的表面上，則所述回路不是分 割面的回路；若回路包含有兩個不共線的邊，且兩個邊是同一個面f的邊、以及，所述回路 圍城的區(qū)域和f之間有重疊區(qū)域，則所述回路不是分割面的回路。
[0047] 在第二方面的第四種可能的實現(xiàn)方式中，結(jié)合第第二方面的第三種可能的實現(xiàn)方 式，所述分割面獲取單元，還用于：
[0048] 在獲取的所述二維線畫圖的分割面中，若同一個凹點上出現(xiàn)至少兩個分割面，則 選擇包含邊的數(shù)量最小的分割面或者周長最短的分割面為所述凹點所在的分割面。
[0049] 在第二方面的第五種可能的實現(xiàn)方式中，結(jié)合第二方面至第二方面的第四種可能 的實現(xiàn)方式中的任一種實現(xiàn)方式，所述子圖獲取單元，具體用于：
[0050] 在所述擴展的二維線畫圖中，將與所述分割面有公共邊的表面歸入第一面集合；
[0051] 選取所述第一面集合中的第一表面歸入第二面集