三维模型自动折叠的方法技术

本发明专利技术涉及计算机图形学领域，具体提供一种三维模型自动折叠的方法。旨在解决物体占用空间较多的问题。本发明专利技术的方法包括建立物体的三维模型，提取三维模型中部件的对称关系和连接关系，并在连接部件之间建立铰链点，根据铰链点生成部件的关系图和旋转轴，求解各个部件的折叠次序、折叠轴以及折叠角度，最终实现三维模型的自动折叠。本发明专利技术通过三维模型自动折叠的方法，可以实现对物体的折叠次序、折叠轴以及折叠角度实现综合优化，同时，通过对物体的部件进行可压缩性以及凸包性分析，在折叠优化的过程中提前生成部件的不碰撞折叠路径，可以进一步实现对物体的分割，从而进一步减少物体占用的空间。

A method of automatic folding of three dimensional model

The invention relates to the field of computer graphics, and specifically provides a method for automatic folding of a three-dimensional model. The aim is to solve the problem that the object takes more space. The method of the invention includes a three-dimensional model of the object, extracting the symmetry relation parts 3D model and connection, and the establishment of the hinge point in connection between components, according to the hinge point forming unit diagram and the axis of rotation, folding sequence, each part for folding shaft and folding angle, automatic folding and finally realize the three-dimensional model. The method of the invention automatically folded by 3D model, can achieve the object order, folding folding shaft and folding angle to realize the integrated optimization, at the same time, through analysis and convex hull compressed by the object parts, parts do not advance the generation of collision path in the process of folding folding optimization, can further realize the object the segmentation, thus further reducing the space occupied by objects.

【技术实现步骤摘要】
三维模型自动折叠的方法
本专利技术涉及计算机图形学领域，具体提供一种三维模型自动折叠的方法。
技术介绍
近年来随着房屋价格的上涨，小面积户型越来越受到欢迎，在这种环境下，如何更好地利用有限的空间就显得十分重要，物体的折叠能够帮助我们更好地利用有限的空间。例如，客厅中不常用的桌椅往往需要占用较大的空间，若我们在不需要的时候将其折叠储藏，需要使用的时候将其展开放置，则可以节省大量的空间。同时，在物体的运输过程中，若对一些占用空间较大的设备进行拆解运输，不仅可以节省大量的空间，还可以降低物体运输过程中的难度。因此，如何提供一种解决上述问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决物体占用空间较多的问题，本专利技术提供了一种三维模型自动折叠的方法，包括：建立物体的三维模型，检测所述三维模型中各个部件的对称关系和连接关系，并在连接部件之间建立铰链点；根据所述铰链点生成所述部件的关系图以及旋转轴，依据所述关系图以及所述旋转轴求解各个所述部件的折叠次序、折叠轴以及折叠角度；根据所述折叠次序、所述折叠轴以及所述折叠角度对所述三维模型进行折叠。在上述方法的优选技术方案中，所述“建立物体的三维模型”之后，所述“检测所述三维模型中各个部件的对称关系和连接关系”之前，该方法还包括：对所述部件使用HACD层次近似凸分解算法进行凸包分解。在上述方法的优选技术方案中，所述“求解各个所述部件的折叠次序、折叠轴以及折叠角度”之后，所述“实现所述三维模型的自动折叠”之前，该方法还包括：对所述部件进行可压缩性以及凸包性分析，若所述部件的可压缩性以及凸包性满足折叠要求，则对所述部件进行进一步分割。在上述方法的优选技术方案中，所述进一步分割的方法为：从所述部件的凸包的相交点中选取靠近所述部件中心的相交点，沿所述部件变化最大的方向进行分割。在上述方法的优选技术方案中，所述“检测所述三维模型中各个部件的对称关系”，其方法为：判断所述部件之间是否存在潜在对称平面，若存在，则继续判断所述部件是否满足对称约束关系，若满足，则确定所述部件存在对称关系。在上述方法的优选技术方案中，所述“在连接部件之间建立铰链点”，其方法为：将所述部件中具有相同法向量的多边形组合为第一组合多边形，将与所述部件连接的部件中具有与所述部件相反法向量的多边形组合为第二组合多边形，使用带方向的包围盒表示所述第一组合多边形以及所述第二组合多边形，根据所述第一组合多边形与所述第二组合多边形的相交区域确定所述铰链点。在上述方法的优选技术方案中，所述“根据所述铰链点生成所述部件的关系图”，其方法为：根据所述铰链点通过广度优先算法生成所述部件的关系图。在上述方法的优选技术方案中，所述“根据所述铰链点生成所述部件的关系图”之后，所述“求解各个所述部件的折叠次序、折叠轴以及折叠角度”之前，该方法还包括：通过子弹碰撞检测算法计算所述三维模型所能承受的最大外力。在上述方法的优选技术方案中，所述“求解各个所述部件的折叠次序”，其方法为：通过遗传算法计算各个所述部件的折叠次序。在上述方法的优选技术方案中，求解各个所述部件的折叠轴以及所述折叠角度，其方法为：遍历不包含在所述三维模型的循环结构的旋转轴和旋转角度；根据所述旋转轴和所述旋转角度，求解所述三维模型的折叠能量函数以及功能可行性函数；若求解得到所述折叠能量函数与所述功能可行性函数的组合能量最大时，则选取该时刻对应的旋转轴与旋转角度作为所述三维模型的折叠轴与折叠角度。本专利技术通过三维模型自动折叠的方法，可以实现对物体的折叠次序、折叠轴以及折叠角度实现综合优化，同时，通过对物体的部件进行可压缩性以及凸包性分析，在折叠优化的过程中提前生成部件的不碰撞折叠路径，可以进一步实现对物体的分割，从而进一步减少物体占用的空间。附图说明图1为本专利技术一种实施例的三维模型自动折叠的方法流程示意图；图2为本专利技术一种实施例的三维模型自动折叠的方法信息提取的流程示意图；图3为本专利技术一种实施例的三维模型自动折叠的方法铰链点提取的结构示意图；图4为本专利技术一种实施例的三维模型自动折叠的方法旋转轴的结构示意图；图5为本专利技术一种实施例的三维模型自动折叠的方法折叠次序的结构示意图；图6为本专利技术一种实施例的三维模型自动折叠的方法折叠步骤的流程示意图。具体实施方式下面参照附图来描述本专利技术的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本专利技术的技术原理，并非旨在限制本专利技术的保护范围。如图1所示，为本专利技术一种实施例的三维模型自动折叠的方法流程示意图，包括：步骤S1：建立物体的三维模型，检测三维模型中各个部件的对称关系和连接关系，并在连接部件之间建立铰链点；如图2所示，为本专利技术一种实施例的三维模型自动折叠的方法信息提取的流程示意图，其中，步骤S21表示输入的三维模型，步骤S22表示铰链点的确定，步骤S23表示关系图的提取，S24表示对称关系的提取。通过建立物体的三维模型，并将三维模型的分割区域与物体的部件进行一一对应，可以将物体分为多个部件进行分析，从而找到各个部件之间的联系，更加有利于对物体进行折叠分析。通过分析并提取模型中各个部件的对称关系和连接关系，并在连接部件之间建立铰链点，能够生成各个部件之间的关系图，决定能够折叠部件的旋转轴，其中，旋转轴被选取为用于折叠三维模型时的折叠轴。步骤S2：根据铰链点生成部件的关系图以及旋转轴，依据关系图以及旋转轴求解各个部件的折叠次序、折叠轴以及折叠角度；如图3所示，为本专利技术一种实施例的三维模型自动折叠的方法铰链点提取的结构示意图，其中，31表示选取的两个部件，32表示第一组合多边形，33表示第二组合多边形。在实际应用中，为了方便后续的分析与计算，通过将部件连接的部分抽象为铰链点，进而根据铰链点生成部件的关系图以及相应的旋转轴，可以将现实中复杂的物体转变为易于分析计算的模型，其中，关系图能够直观的表达物体的组成部件之间的连接关系，旋转轴能够分析出模型能够以何种方式进行旋转、折叠，获得物体部件的关系图与旋转轴之后，结合相应的算法，可以进一步求解出各个部件的折叠次序、折叠轴以及折叠角度。步骤S3：根据折叠次序、折叠轴以及折叠角度实现三维模型的自动折叠。获取到各个部件的折叠次序、折叠轴以及折叠角度之后，能够得到对物体的各个部件进行折叠的最优方法，实现对物体进行折叠之后，占用空间最小的效果，同时，本专利技术的方法能够在获得折叠次序、折叠轴以及折叠角度之后完成对原始三维模型的自动折叠，得到折叠之后占用空间更小的三维模型。作为一种优选的实施例，“建立物体的三维模型”之后，“检测三维模型中各个部件的对称关系和连接关系”之前，该方法还包括：将部件使用HACD(Hierarchicalapproximateconvexdecomposition，层次近似凸分解)算法进行凸包分解，以避免部件折叠过程中发生碰撞。在物体进行折叠的过程中，需要保证各个部件进行折叠的过程中不会发生碰撞。其中，HACD算法能够进行凸包分解，将部件分解为一组凸包，凸包是能够将任意一个多边形其边界上或者内部的任意两个点，连接这两个点的线段上的所有点都被包含在该多边形的边界或者内部中。对部件进行凸包分解后，可以更加直观的了解折叠的部件是否会本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维模型自动折叠的方法，其特征在于，包括：建立物体的三维模型，检测所述三维模型中各个部件的对称关系和连接关系，并在连接部件之间建立铰链点；根据所述铰链点生成所述部件的关系图以及旋转轴，依据所述关系图以及所述旋转轴求解各个所述部件的折叠次序、折叠轴以及折叠角度；根据所述折叠次序、所述折叠轴以及所述折叠角度对所述三维模型进行折叠。

【技术特征摘要】
1.一种三维模型自动折叠的方法，其特征在于，包括：建立物体的三维模型，检测所述三维模型中各个部件的对称关系和连接关系，并在连接部件之间建立铰链点；根据所述铰链点生成所述部件的关系图以及旋转轴，依据所述关系图以及所述旋转轴求解各个所述部件的折叠次序、折叠轴以及折叠角度；根据所述折叠次序、所述折叠轴以及所述折叠角度对所述三维模型进行折叠。2.根据权利要求1所述的三维模型自动折叠的方法，其特征在于，所述“建立物体的三维模型”之后，所述“检测所述三维模型中各个部件的对称关系和连接关系”之前，该方法还包括：对所述部件使用HACD层次近似凸分解算法进行凸包分解。3.根据权利要求1所述的三维模型自动折叠的方法，其特征在于，所述“求解各个所述部件的折叠次序、折叠轴以及折叠角度”之后，所述“实现所述三维模型的自动折叠”之前，该方法还包括：对所述部件进行可压缩性以及凸包性分析，若所述部件的可压缩性以及凸包性满足折叠要求，则对所述部件进行进一步分割。4.根据权利要求3所述的三维模型自动折叠的方法，其特征在于，所述“对所述部件进行进一步分割”，其方法为：从所述部件的凸包的相交点中选取靠近所述部件中心的相交点，沿所述部件变化最大的方向进行分割。5.根据权利要求4所述的三维模型自动折叠的方法，其特征在于，所述“检测所述三维模型中各个部件的对称关系”，其方法为：判断所述部件之间是否存在潜在对称平面，若存在，则继续判断所述部件是否满足对称约束关系，若满足，则确定所述部件存在对称关系。6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：严冬明，姜海勇，张晓鹏，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11