一种基于空间自动定位的三维玩具纸样缝合模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种基于空间自动定位的三维玩具纸样缝合模拟方法，该方法是以玩具二维纸样作为输入，先交互设置纸样的缝合信息，并三角网格化；自动建立缝合关系图；分解缝合关系图对纸样进行分组，将缝合关系分为组内缝合关系和组外缝合关系；根据组内缝合关系对每组纸样进行组内相对位置自动定位；根据组外缝合关系将纸样按组进行组装，确定纸样空间位置；最后基于质点弹簧布料模型对定位后的纸样进行缝合模拟生成三维玩具模型。该方法降低了三维玩具纸样模拟的操作复杂度，可以快速验证二维纸样设计的合理性，节约了玩具制造原型的材料、劳动力和时间，加快了玩具设计的效率。加快了玩具设计的效率。加快了玩具设计的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间自动定位的三维玩具纸样缝合模拟方法


[0001]本专利技术涉及一种三维玩具模拟方法，特别涉及一种基于空间自动定位的三维玩具纸样缝合模拟方法。

技术介绍

[0002]二维纸样设计是毛绒或充气玩具生产过程的关键步骤。在当前数字化纸样设计技术尚未普及的阶段，大多数玩具设计师仍采用手工设计的方式设计纸样，即根据其实践经验、审美和空间想象，直接绘制出二维纸样。设计过程中为了验证二维纸样设计的合理性并进行改进，需要多次制作出实体原型，有时多次修改也达不到满意的效果，这造成了材料和时间的浪费。在计算机辅助设计领域中，缝合模拟技术可以直接将二维纸样转化为三维模型，直观揭示三维模型和预期形状之间的差异，无需生产实物便能指导纸样的改进。
[0003]然而，二维纸样快速缝合模拟仍旧比较困难，由于二维纸样在三维中的摆放位置直接决定了缝合模拟的效率和效果，因此确定二维纸样的空间位置是缝合模拟的关键步骤之一。在之前的方法中，二维玩具纸样的空间位置通过用户交互进行定位，操作复杂、耗时久。在服装领域已有二维纸样自动定位的相关研究，如论文(Berthouzoz F,Garg A,Kaufman DM,Grinspun E,Agrawala M.Parsing sewing patterns into 3D garments.Acm Trans Graph,2013)和论文(Groz C,Fuhrmann A,Luckas V.Automatic pre
‑
positioning of virtual clothing,In:Proceedings of the 19th spring conference on Computer graphics,2003)。服装纸样由于其有通用的纸样名称，在自动定位时可以根据纸样名称与人体模特的特征点进行匹配，即能围绕人体模型进行定位。与服装纸样不同，玩具纸样形状各异，且没有通用名称规范，并且由于玩具模型的形状未知，因此无法使用特征点指示纸样的空间位置。因此，玩具纸样的空间自动定位比服装纸样更复杂。
[0004]为了解决该问题，本专利技术提出一种基于空间自动定位的三维玩具纸样缝合模拟方法，利用纸样间的缝合关系信息对纸样进行分组、组内定位与组外组装，实现智能、准确的三维纸样空间放置，无需其它手动交互，快速生成三维模拟结果。本专利技术大大缩短三维玩具纸样空间定位所需的时间，简化了二维纸样缝合模拟生成三维玩具模型的过程。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于空间自动定位的三维玩具纸样缝合模拟方法，将二维玩具纸样快速、准确地在空间中自动定位，然后对定位后纸样进行三维玩具的缝合模拟。
[0006]为解决该技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种基于空间自动定位的三维玩具纸样缝合模拟方法，包括下列步骤：
[0008]1)以玩具二维纸样作为输入，用交互的方式设置二维纸样的缝合信息，并对二维纸样进行三角网格化；
[0009]3)根据二维纸样的缝合信息自动建立缝合关系图；
[0010]3)基于图分解算法通过分解缝合关系图对纸样进行分组，将缝合关系分为组内缝合关系和组外缝合关系；
[0011]4)根据组内缝合关系对每组纸样进行组内相对位置自动定位；根据组外缝合关系将纸样按组进行组装，确定纸样空间位置；
[0012]5)基于质点弹簧布料模型对定位后的纸样进行缝合模拟生成三维玩具模型。
[0013]上述技术方案中，进一步地，步骤1)中三角网格化时对于每对具有缝合关系的纸样边界，确保边界上具有的三角网格顶点数目相同，将每对边界上的三角网格顶点两两连接，形成缝合连接线。
[0014]进一步地，步骤2)中建立缝合关系图G＝(V,E)时，将每个二维纸样作为缝合关系图中的一个节点v(v∈V)；若一个纸样的一条边与另一个纸样的一条边有缝合关系，则在缝合关系图中这两个纸样节点存在一条边e(v1,v2)(e∈E)。
[0015]进一步地，使用图分解算法对缝合关系图进行分解，具体为：
[0016]以deg(v)表示节点v的度，即一个节点与其它节点连接的边的条数，Δ(G)表示图的最大度，δ(G)表示图的最小度；对于步骤2)得到的缝合关系图G，首先判断图的最大度与最小度是否相等，若不等，则对于缝合关系图中的每个最小度节点v，判断在该节点v的所有具有缝合关系的节点中是否存在节点w，满足deg(w)>δ(G)，若满足，则将e(v,w)加入切割边集E
cut
，并在图G中删除e(v,w)；若图的最大度与最小度相等且最小度大于2时，则使用k
‑
正则图分解算法进一步分解，随机选取一个节点v的一条边e(v,w)进行记录，若能找到下一条边e(v
′
,w
′
)满足边e(v,v
′
)和e(w,w
′
)同时为图G中的边，那么将边e(v,w)记录，然后用e(v
′
,w
′
）继续寻找下一条满足上述条件的边，直到不再能找到满足条件的边为止。若记录数超过图G节点数的一半，则将这些记录边加入到E
cut
，并在图G中删除记录边，跳出k
‑
正则图子算法。每一次分解后，找到图G中Δ(G)≤2的连通分量并移动到连通分量集C
dec
，并更新缝合关系图G、C
dec
和E
cut
以进行下一次分解。当图G为空时图分解算法停止。最终输出连通分量集与切割边集，其中连通分量集表示纸样的分组情况，对于每个连通分量，其节点代表的纸样为一组，其边代表的缝合关系为组内缝合关系，而切割边集中的边代表的缝合关系为组外缝合关系。
[0017]进一步地，根据组内缝合关系确定组内纸样的相对位置，具体如下：
[0018]对于每一组纸样，首先将其按组内缝合关系的连接情况依次排列，使其中心水平对齐，再包裹至圆柱体上，保持纸样与圆柱体表面相切于纸样中心；将纸样视为厚度为零、且能绕以纸样中心表面法向为轴旋转的刚体，将每条缝合连接线视为弹簧，纸样在多个弹簧拉力的共同作用下发生旋转，进行组内纸样相对位置的调整，直至组内各纸样受力平衡，相对位置不再发生变化。
[0019]进一步地，根据组外缝合关系将纸样按组进行组装，确定纸样空间位置，具体的：为两个组中有缝合关系的边界对分别拟合出两个平面，对齐这两个平面的中心和法向将两组纸样组装在一起，组装过程中每组纸样之间的相对位置保持不变，组装顺序按图分解算法中连通分量的生成次序倒序依次进行。
[0020]本专利技术还提供一种基于空间自动定位的三维玩具纸样缝合模拟系统，包括：
[0021]缝合信息交互模块，用于将输入的玩具二维纸样通过交互的方式设置缝合信息，并对二维纸样进行三角网格化；
[0022]缝合关系分组模块，利用交互模块设置的缝合信息自动建立缝合关系图，并基于图分解算法通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间自动定位的三维玩具纸样缝合模拟方法，其特征在于，方法包括下列步骤：1)以玩具二维纸样作为输入，用交互的方式设置二维纸样的缝合信息，并对二维纸样进行三角网格化；2)根据二维纸样的缝合信息自动建立缝合关系图；3)基于图分解算法通过分解缝合关系图对纸样进行分组，将缝合关系分为组内缝合关系和组外缝合关系；4)根据组内缝合关系对每组纸样进行组内相对位置自动定位；根据组外缝合关系将纸样按组进行组装，确定纸样空间位置；5)基于质点弹簧布料模型对定位后的纸样进行缝合模拟生成三维玩具模型。2.根据权利要求1所述的基于空间自动定位的三维玩具纸样缝合模拟方法，其特征在于，步骤1)中三角网格化时对于每对具有缝合关系的纸样边界，确保边界上具有的三角网格顶点数目相同，将每对边界上的三角网格顶点两两连接，形成缝合连接线。3.根据权利要求1所述的基于空间自动定位的三维玩具纸样缝合模拟方法，其特征在于，步骤2)中建立缝合关系图G＝(V,E)时，将每个二维纸样作为缝合关系图中的一个节点v(v∈V)；若一个纸样的一条边与另一个纸样的一条边有缝合关系，则在缝合关系图中这两个纸样节点存在一条边e(v1,v2)(e∈E)。4.根据权利要求1所述的基于空间自动定位的三维玩具纸样缝合模拟方法，其特征在于，使用图分解算法对缝合关系图进行分解，具体为：以deg(v)表示节点v的度，即一个节点与其它节点连接的边的条数，Δ(G)表示图的最大度，δ(G)表示图的最小度；对于步骤2)得到的缝合关系图G，首先判断图的最大度与最小度是否相等，若不等，则对于缝合关系图中的每个最小度节点v，判断在该节点v的所有具有缝合关系的节点中是否存在节点w，满足deg(w)>δ(G)，若满足，则将e(v,w)加入切割边集E
cut
，并在图G中删除e(v,w)；若图的最大度与最小度相等且最小度大于2时，则使用k
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正则图分解算法进一步分解，随机选取一个节点v的一条边e(v,w)进行记录，若能找到下一条边e(v
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,w
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)满足边e(v,v
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)和e(w,w
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)同时为图G中的边，那么将边e(v,w)记录，然后用e(v
′
,w
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【专利技术属性】
技术研发人员：张东亮，金映含，张婷，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：