一种计算机自动开版的玩具设计制作方法技术

本发明专利技术涉及一种计算机自动开版的玩具设计制作方法，该方法采用在三维玩具模型上绘制缝合线，将三维玩具模型表面分区，再将三维纸样生成三维网格，然后将三维网格展开生成二维纸样，然后绘制玩具缝合示意图，打印纸样，根据纸样裁剪布料，再根据缝合示意图将裁剪好的布料缝制成成品玩具。用该方法设计制作玩具，设计师可以三维玩具的模型上设置玩具缝合线，而且玩具设计制作速度较快，效率、精度较高，能降低损耗，节约成本，提高玩具的质量，而且该方法在玩具领域应用面较广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种玩具的制作方法，特别涉及一种计算机自动开版 的玩具设计制作方法。
技术介绍
常见的布质玩具设计制作过程包括开版，裁剪布料，缝合等步骤， 其中玩具开版是布质玩具设计制作中的一个必不可少的关键步骤。玩 具开版即将三维的玩具模型转化为二维的玩具纸样的过程， 一直以 来，玩具开版都是采用传统的手工作业完成，也就是凭设计师的空间 想象能力和实践经验，用手工将想象中的三维玩具模型展开为二维纸 样，这对设计师的空间想象能力和实践经验有非常高的要求，在实际 操作中，常常由于设计师的空间想象能力或者实践经验不够，而导致 设计的二维纸样达不到要求而需要多次重复开版，这样不但损耗了材 料也浪费了时间，而且用手工开版制成的玩具精度也不高。长期以来，由于玩具外形变化多端，计算机自动开版技术在业界被公认为是悬而未决的难题，虽然CAD也被用于玩具设计中，但玩 具的二维纸样是经过设计师手工开版后绘制的，CAD系统只是用于 将手工绘制的纸样输入到电脑中。真正实用的布绒玩具开版CAD系 统却一直没有出现。近年来，研究人员进行了一些相关的方法研究。Mitani， J.， Suzuki, H.， Making papercraft toys from meshes using strip-based approximate unfolding. ACM Transactions on Graphics, 2004. (Mitani, J.， Suzuki, H., 基于带状近似展开的方法从网格生成纸模型玩具，ACM图形学杂志， 2004年)公开了一种纸玩具的纸样设计方法，根据纸玩具的网格模型， 自动将三维模型展开为带状的网格，将与带状网格形状相同的纸片粘 起来就制作成纸玩具模型。在这个方法中，用户不能设置分片线的位 置，同时，展开后的带状网格的形状非常复杂，不适合布质玩具的设 计。Mori， Y Igarashi， T.， Plushie: An Interactive Design System for plush toys, ACM SIGGRAPH, 2007.(Mori， Y.， Igarashi, T.， 一个布绒玩具的 交互设计系统，国际图形学会议SIGGRAPH, 2007年)公开了一种布 绒玩具的交互设计系统，该系统采用草图式的三维曲面造型方法构造 三维玩具的形状。在生成三维曲面的过程中，采用充气的方法将玩具 的形状膨胀使之与布绒玩具相似。在生成三维曲面的同时，自动生成 三维模型的二维纸样，但用这种方法制作出来的玩具形状都像是充足 气似的，不能满足所有布绒玩具的设计要求，另外，玩具的二维纸样 是完全自动生成的，设计者无法参与到纸样的设计中，因为设计师无 法指定在哪些位置设定缝合线。这个方法既没有考虑到玩具设计的美 观性，又没有考虑到工艺可行性。对布绒玩具的设计来说，纸样的形 状是非常重要的，除了美观外，工艺的合理性也是需要考虑的一个重 要因素。上述二种方法由于设计师不能设置缝合线，不适合专业人士设计质量较高的玩具，只是用来业余玩玩。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种设计师可以设置玩具缝合 线，而且玩具设计制作速度较快，效率、精度较高，能降低损耗，节 约成本并且应用面较广的计算机自动开版的玩具制作方法。为解决该技术问题本专利技术采用的技术方案为，其特征在于包括下列1) 读入一个用三角形网格表示的三维玩具模型；2) 在三维玩具模型表面绘制缝合线，将模型表面划分为若干个 区域，每个区域即为一个三维纸样；3) 选择三维纸样，生成与该三维纸样相对应的三维网格； .4) 将三维网格转化为二维玩具纸样；5) 根据二维玩具纸样和三维玩具模型绘制缝合示意图；6) 打印二维玩具纸样；7) 根据二维玩具纸样裁剪布料；8) 按照缝合示意图，将裁剪后的布料依次缝合在一起，得到布 质玩具的实物。上述步骤4)是采用下述步骤获得二维纸样的a) 将三维网格简化生成多层三维网格，最初的那一层三维网格 为初始三维网格；b) 取出顶点数最少的一层三维网格；C) 取出该层三维网格中任意一个三角形，将该三角形不变形地放置到二维平面中，该三角形作为已经展开的三角形；d) 取出与己经展开的三角形相邻的所有三角形；e) 用保持角度比例的方法计算与已经展开的三角形相邻的所 有三角形的顶点在二维平面中的位置，获得已展开的部分二维网格；f) 用质点弹簧模型对已展开的部分二维网格进行迭代计算，调 整已展开部分二维网格的顶点至最佳状态，也就是将已展开的部分二 维网格的顶点调整至处于变形能量最小的状态，得到已展开的部分二 维网格的最佳状态的二维网格；g) 判断该层三维网格是否都被展开，如果是，则获得顶点数最 少的一层三维网格的最佳状态的二维网格，如果不是，则回到步骤d) 直至整层三维网格都被展开，获得网格顶点数最少一层三维网格的最 佳状态的二维网格；h) 根据据多层三维网格的层次关系，依次生成上一层三维网格 对应的最佳状态的二维网格，直到获得原始三维网格对应的最佳状态 的二维网格；i) 将原始三维网格对应的最佳状态的二维网格的边界线拟合 为三次样条曲线，作为二维纸样的边界线，获得所需的二维玩具纸样。所述步骤h)获得原始三维网格对应的最佳状态的二维网格的步 骤如下a)根据当前层三维网格与上一层三维网格的对应关系，计算出上 一层二维网格的网格顶点的位置。对上一层二维网格的每个网格顶 点，它对应于当前层二维网格的个三角网格面，根据该点的重心坐标(u，v，w)可以直接计算出该顶点在二维平面中的位置，得到上一层三维网格对应的二维网格。假设一个三角网格面的三个顶点位置为Pl， P2， P3，根据重心坐标(u，v,w)计算网格顶点的在平面中位置P 的公式为P = (Pl*u+P2*v+P3*w)b) 用质点弹簧模型迭代计算，调整上一层二维网格的网格顶点 的位置，使得这些网格点处于能量最小的状态，获得上一层二维网 格对应的最佳状态的二维网格。c) 重复步骤a)、 b)直到获得原始三维网格对应的最佳状态的二维 网格。所述步骤i)是按照下列步骤实现的a) 用顶点减少法和Douglas-Peucker法筛选原始三维网格对应的 最佳状态的二维网格的边界顶点，去除过密的边界顶点；b) 筛选边界顶点后，将剩下来的所有的边界顶点作为控制顶点 拟合为三次样条曲线作为二维纸样的边界线，获得所需的二维玩具纸 样。上述步骤4)还可以采用下述步骤获得二维纸样A) 从三维网格中取出任意一个三角形，将该三角形不变形地 放置到二维平面中，该三角形作为已经展开的三角形；B) 取出与已经展开的三角形相邻的所有三角形，用保持角度比 例的方法计算与已经展开的三角形相邻的所有三角形的顶点在二维 平面中的位置，获得已展开的部分二维网格；C) 用质点弹簧模型对巳展开的部分二维网格进行迭代计算，调整已展开部分二维网格的顶点至最佳状态，也就是将已展开的部分二 维网格的顶点调整至处于变形能量最小的状态，得到已展开的部分二维网格的最佳状态的二维网格；D) 判断三维网格是否都被展开，如果是，则获得整个三维网格 的最佳状态的二维网格，如果不是，则回到步骤B)直至整层三维网 格都被展开，获得整层三维网格的最佳状态的二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算机自动开版的玩具设计制作方法，其特征在于包括下列步骤：１）读入一个用三角形网格表示的三维玩具模型；２）在三维玩具模型表面绘制缝合线，将模型表面划分为若干个区域，每个区域即为一个三维纸样；３）选择三维纸样，生成 与该三维纸样相对应的三维网格；４）将三维网格转化为二维玩具纸样；５）根据二维玩具纸样和三维玩具模型绘制缝合示意图；６）打印二维玩具纸样；７）根据二维玩具纸样裁剪布料；８）按照缝合示意图，将裁剪后的布料 依次缝合在一起，得到布质玩具的实物。

【技术特征摘要】
1. 一种计算机自动开版的玩具设计制作方法，其特征在于包括下列步骤1)读入一个用三角形网格表示的三维玩具模型；2)在三维玩具模型表面绘制缝合线，将模型表面划分为若干个区域，每个区域即为一个三维纸样；3)选择三维纸样，生成与该三维纸样相对应的三维网格；4)将三维网格转化为二维玩具纸样；5)根据二维玩具纸样和三维玩具模型绘制缝合示意图；6)打印二维玩具纸样；7)根据二维玩具纸样裁剪布料；8)按照缝合示意图，将裁剪后的布料依次缝合在一起，得到布质玩具的实物。2、根据权利要求1所述的一种计算机自动开版的玩具设计制作 方法，其特征在于上述步骤4)是采用下述步骤获得二维纸样的a) 将三维网格简化生成多层三维网格，最初的那一层三维网格 为初始三维网格；b) 取出顶点数最少的一层三维网格；C) 取出该层三维网格中任意一个三角形，将该三角形不变形地 放置到二维平面中，该三角形作为已经展开的三角形；d) 取出与己经展开的三角形相邻的所有三角形；e) 用保持角度比例的方法计算与已经展开的三角形相邻的所有三角形的顶点在二维平面中的位置，获得已展开的部分二维网格；f) 用质点弹簧模型对已展开的部分二维网格进行迭代计算，调 整已展开部分二维网格的顶点至最佳状态，也就是将已展开的部分二 维网格的顶点调整至处于变形能量最小的状态，得到已展开的部分二 维网格的最佳状态的二维网格；g) 判断该层三维网格是否都被展开，如果是，则获得顶点数最 少的一层三维网格的最佳状态的二维网格，如果不是，则回到步骤d) 直至整层三维网格都被展开，获得网格顶点数最少一层三维网格的最 佳状态的二维网格；h) 根据多层三维网格的层次关系，依次生成上一层三维网格 对应的最佳状态的二维网格，直到获得原始三维网格对应的最佳状态 的二维网格；i) 将原始三维网格对应的最佳状态的二维网格的边界线拟合 为三次样条曲线，作为二维纸样的边界线，获得所需的二维玩具纸样。3、根据权利要求1所述的一种计算机自动开版的玩具设计制作 方法，其特征在于上述步骤4)是采用下述步骤获得二维纸样的a) 从三维网格中取出任意一个三角形，将该三角形不变形地 放置到二维平面中，该三角形作为已经展开的三角形；b) 取出与已经展开的三角形相邻的所有三角形，用保持角度比 例的方法计算与已经展开的三角形相邻的所有三角形的顶点在二维 平面中的位置，获得已展开的部分二维网格；c) 用质点弹簧模型对已展开的部分二维网格进行迭代计算，调 整已展开部...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东亮，
申请(专利权)人：杭州力孚信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]