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一种面向旋转对称瓷器的纹饰展开图的自动生成方法技术

技术编号:16380815 阅读:205 留言:0更新日期:2017-10-15 16:07
本发明专利技术公开了一种面向旋转对称瓷器的纹饰展开图的自动生成方法,包括如下步骤:步骤一,输入具有二维纹理的模型的数据信息;步骤二,基于对称轴旋转模型获得正立的模型,进而获得其前后左右四个方向的正视图;步骤三,利用梯度算子对获得的四个正视图进行分析生成模型的累积梯度图;步骤四,在获得的累积梯度图基础上计算模型切割平面完成对模型本身的分段处理;步骤五,对获得的每个分段模型进行圆台拟合;步骤六,判断圆台拟合中是否存在无纹理的特殊区域,如果存在无纹理区域则与生成圆台合并;否则进行圆台表面纹理展开生成平面纹饰展开图基于表面参数化方法把瓷器表面的纹饰从三维器物表面展开到二维平面上的新型技术。

An automatic generation method for the unfolded drawing of rotational symmetry porcelain

The invention discloses a method for automatically generating graphs for rotationally symmetric porcelain decoration, which comprises the following steps: step one, with input 2D texture model data; step two, the symmetry axis rotation model obtained erect model based on the obtained positive view about four directions before and after the step three; cumulative gradient map analysis, the generative model to four positive views obtained using gradient operator; step four, the cumulative gradient map based on the calculation model of the cutting plane to complete the segmentation model itself; step five, for each segmented model cone fitting; step six, determine whether there is a special area no texture circle fitting, if there is no texture area are merged with the generation of cone frustum of a cone; otherwise the surface texture generation expansion plane decoration A new technique based on surface parameterization to unfold the surface decoration of porcelain from the surface of three-dimensional objects to the two-dimensional plane.

【技术实现步骤摘要】
一种面向旋转对称瓷器的纹饰展开图的自动生成方法
本专利技术属于计算机图形学领域,尤其涉及是一种面向旋转对称瓷器的纹饰展开图的自动生成方法。
技术介绍
网格曲面的参数化:网格曲面的参数化是指建立一个映射关系,使得网格曲面上的顶点通过此映射关系映射到参数区域中。根据参数化目标的不同,参数化方法可以分为两大类:(1)直接利用坐标变换;(2)使用一个辅助表面或者几何体作为中介来实现参数化。但是将一个不可展的三维网格曲面映射成到平面将不可避免地产生长度、面积、角度上的扭曲变形。许多方法在保持几何度量的前提下着力于减少参数化造成的扭曲,比如通过使映射的Dirichlet能量最小来构造对非线性调和映射的线性逼近;通过一个参数来平衡保面积和保角度两者线性混合对最终扭曲产生的影响,然后最小化线性混合的扭曲能量函数。在我们的方法中,我们使用圆台作为中介进行参数化。圆台的拟合:对点云数据进行几何拟合,就是用简单的几何形体包围点云数据中所有的点,并使这些几何形体的体积最小。许多研究者采用圆柱体拟合点云数据取得了很大的进展。但在实践过程中,单纯的采用圆柱体拟合三维物体不能很好的解决所有的问题,对于我们要处理的器物,采用圆锥体进行拟合是一种更为有效的方法。准最小二乘的方法是拟合圆柱面和圆锥面等二次曲面的常用方法。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题,本专利技术提供一种面向旋转对称瓷器的纹饰展开图的自动生成方法,本专利技术是基于表面参数化方法把瓷器表面的纹饰从三维器物表面展开到二维平面上的新型技术,本专利技术可辅助用于考古绘图以实现具有旋转对称性的瓷器表面纹饰的分段平面展开。为了解决现有技术存在的问题,本专利技术提供技术方案:1、一种面向旋转对称瓷器的纹饰展开图的自动生成方法,包括如下步骤:步骤一,输入具有二维纹理的模型的数据信息;步骤二,基于对称轴旋转模型获得正立的模型,进而获得其前后左右四个方向的正视图;步骤三,利用梯度算子对获得的四个正视图进行分析生成模型的累积梯度图;步骤四,在获得的累积梯度图基础上计算模型切割平面完成对模型本身的分段处理;步骤五,对获得的每个分段模型进行圆台拟合;步骤六,判断圆台拟合中是否存在无纹理的特殊区域,如果存在无纹理区域则与生成圆台合并;否则进行圆台表面纹理展开生成平面纹饰展开图。所述步骤三中所述梯度图是通过正投影方式获得模型前后左右四个方向的正视图,利用梯度算子分别计算四个正视图的垂直梯度分布,并沿水平方向累加正视图的绝对值之和,获得一维的梯度绝对值之和的分布。所述切割线平面为梯度绝对值之和发生剧烈改变的位置,利用公式(1)寻找切割线的位置:其中,Li表示第i行,表示第i行的梯度,ε是人为设定的阈值,LC表示找到的切割线。所述步骤五中圆台拟合通过如下公式(2)可以获得展开平面:其中,其中,(x,y,z)表示三维空间中的点,(X,Y)表示与其相对应的二维平面上的点,h和r分别表示过点(x,y,z)并且与原圆台底面平行的圆台的高和半径,H和R分别表示原圆台的高和半径,yA表示A的y坐标值,θ表示圆台展开后的扇形的圆心角。通过如下公式(3)对展开平面中交叠区域进行消除;其中,和分别表示片段i的上边界和下边界。所述步骤六中无纹理区域与生成圆台合并包括如下步骤:第一,确定无纹理区域的梯度值是否小于给定的阈值的区域;第二,通过公式(4)将无纹理区域与其半径接近的邻居区域进行合并其中,Ci表示第i个圆台,Ri表示第i个圆台的下底面半径;第三,根据合并后的结果重新进行圆台的拟合以及平面展开。有益效果本专利技术的基础是模型切割平面的获取,通过切割平面将模型分割成可以近似用圆台拟合的片段,从而用圆台展开公式实现具有旋转对称性的瓷器表面纹饰从三维模型到二维平面的近似展开。本专利技术具有以下优点:(1)能够自动的实现纹理分割。与现有的的纹理分割方法相比,本专利技术能够达到我们期望的纹理分割的效果。(2)本方法涉及展开到平面后布局的调整,达到便于观察的目的。(3)本专利技术同传统的考古绘图相比,不仅减少了制图所需的时间,节约了人力物力,而且降低了用身体去触碰珍贵器物的需求,达到了保护器物的目的。附图说明图1是本专利技术流程图;图2是本专利技术通过梯度算子对瓷器查找纹理分割的位置图像;其中:(a)为模型前后左右四个方向的正视图,图(b)为用matlab绘制的梯度图,图(c)为找到的切割平面;图3是本专利技术中圆台的展开图;图4是本专利技术中圆台展开遇到的特殊情况图;图中的(a)表示模型及切割平面,图中的(b)表示水平切割平面穿过三角面片的一个顶点和一条边;图(c)表示水平切割平面穿过三角面片的两条边;图(d)表示竖直切割平面穿过三角面片,导致展开后的三角面片分布在展开面的边界上;图5是本专利技术展开后二维布局的调整:图(a)为布局调整前的结果图;图(b)为布局调整后的结果图。图6是本专利技术中无纹理区域的合并图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作出详细说明。如图1所示,本专利技术提供一种面向旋转对称瓷器的纹饰展开图的自动生成方法,包括如下步骤:步骤一101,输入具有二维纹理的模型数据信息;步骤二102,基于对称轴方旋转模型正立的模型,进而获得其前后左右四个方向的正视图;步骤三103,利用梯度算子对获得的四个正视图进行分析,生成模型的累积梯度图;其中,基于梯度算子的分析具体为利用Sobel梯度算子计算模型四个方向正视图的垂直梯度,并沿水平方向累加正视图的绝对值之和,获得一维的梯度绝对值之和的分布。步骤四104,在获得的累积梯度图基础上计算模型切割平面完成对模型本身的分段处理;a)切割线的位置定义为梯度绝对值之和发生剧烈改变的位置,利用公式(1)寻找切割线的位置:其中,Li表示第i行,表示第i行的梯度,ε是人为设定的阈值,LC表示找到的切割线。b)根据正投影原理把在图像上找到的切割线映射到三维模型上,从而获得切割平面的位置。步骤五105,对获得的每个分段模型进行圆台拟合;其中,基于可展开曲面圆台的拟合与展开公式的推导包括以下步骤:a)根据切割平面对模型进行分割,并对分割后获得的模型片段进行圆台的近似拟合。b)对拟合后的圆台根据我们推导出的平面展开公式进行展开。c)当三角面片被切割平面或展开面贯穿时,需把三角面片沿切割平面或展开面拆分为子三角面片再分别进行展开。其中,展开到平面后布局的调整包括以下步骤:a)计算展开后每个纹理片段的包围盒的大小。b)以最下面的纹理片段为基准,移动其它片段的竖直位置使得片段的包围盒相切,竖直位置计算由公式(2)定义:其中,和分别表示片段i的上边界和下边界。步骤六106,判断圆台拟合中是否存在无纹理的特殊区域,如果存在无纹理区域则与生成圆台合并再返回步骤五105;其中,无纹理区域合并包括以下步骤:a)确定无纹理区域的位置,选择其相邻圆台中半径相近的进行合并107。b)根据合并后的结果重新进行圆台的拟合以及展开。否则进行圆台表面纹理展开生成具有二维纹理的平面(108,109)。如图2所示,针对具有旋转对称性的三维瓷器模型,首先利用常用的对称轴估计方法计算其对称轴,旋转模型直至对称轴的朝向与坐标系的竖直方向重合。其中(a)为模型前后左右四个方向的正视图,是通过正投影方式获得模型前后左右四个方向的正视图,利用Sobel梯度算子分别计算四个正视图的垂直梯度分布本文档来自技高网...
一种面向旋转对称瓷器的纹饰展开图的自动生成方法

【技术保护点】
一种面向旋转对称瓷器的纹饰展开图的自动生成方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤一,输入具有二维纹理的模型数据信息;步骤二,基于对称轴旋转模型获得正立的模型,进而获取其前后左右四个方向的正视图;步骤三,利用梯度算子对获得的四个正视图进行分析,生成模型的累积梯度图;步骤四,在获得的累积梯度图基础上计算模型切割平面完成对模型本身的分段处理;步骤五,对获得的每个分段模型进行圆台拟合;步骤六,判断圆台拟合中是否存在无纹理的特殊区域,如果存在无纹理区域则与生成圆台合并后返回步骤五;否则进行圆台表面纹理展开生成平面纹饰展开图。

【技术特征摘要】
1.一种面向旋转对称瓷器的纹饰展开图的自动生成方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤一,输入具有二维纹理的模型数据信息;步骤二,基于对称轴旋转模型获得正立的模型,进而获取其前后左右四个方向的正视图;步骤三,利用梯度算子对获得的四个正视图进行分析,生成模型的累积梯度图;步骤四,在获得的累积梯度图基础上计算模型切割平面完成对模型本身的分段处理;步骤五,对获得的每个分段模型进行圆台拟合;步骤六,判断圆台拟合中是否存在无纹理的特殊区域,如果存在无纹理区域则与生成圆台合并后返回步骤五;否则进行圆台表面纹理展开生成平面纹饰展开图。2.根据权利要求1所述的一种面向旋转对称瓷器的纹饰展开图的自动生成方法,其特征在于,所述步骤三中所述梯度图是通过正投影方式获得模型前后左右四个方向的正视图,利用梯度算子分别计算四个正视图的垂直梯度分布,并沿水平方向累加正视图的绝对值之和,获得一维的梯度绝对值之和的分布。3.根据权利要求1所述的一种面向旋转对称瓷器的纹饰展开图的自动生成方法,其特征在于,所述切割线平面为梯度绝对值之和发生剧烈改变的位置,利用公式(1)寻找切割线的位置:其中,Li表示第i行,表示第i行的梯度,ε是人为设定的阈值,LC表示找到的切割线。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员:万亮刘烨张博
申请(专利权)人:天津大学
类型:发明
国别省市:天津,12

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