一种基于样条插值函数的三维曲面挤压造型模型方法技术

本发明专利技术公开了一种基于样条插值函数的三维曲面挤压造型模型方法，包括如下具体步骤，步骤1)：确定原始曲面的边界顶点，在边界顶点间插入新增顶点，形成新的光滑处理后的顶点列表SPN；步骤2)：构建新增顶点的拓扑连接关系；步骤3)：遍历顶点列表SPN中每个顶点，并确定每个顶点的生长方向；步骤4)：顶点列表SPN中的每个顶点均按照各自的生长方向进行平移，获得新的平移曲面；步骤5)：在原始曲面与平移曲面之间生成侧面，从而得到三维模型。本发明专利技术在构建三维模型时，原始平面上的点均是按照各自确定的生长方向进行平移的，平移后获得的平移曲面不会与原始曲面发生干涉，因此解决传统技术中由于生长方向单一而造成曲面干涉的问题。由于生长方向单一而造成曲面干涉的问题。由于生长方向单一而造成曲面干涉的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于样条插值函数的三维曲面挤压造型模型方法


[0001]本专利技术涉及计算机应用
，特别涉及一种基于样条插值函数的三维曲面挤压造型模型方法。

技术介绍

[0002]在口腔医学领域中，需要借助计算机辅助设计的手段构建人体口腔和牙齿的三维数据模型，并依据构建好的三维数据模型制作实体模型，从而了解和掌握牙齿外观形态和人体口腔内部构造，便于后续的诊断治疗，这种手段被广泛应用在口腔修复、口腔正畸、口腔内科、口腔外科等领域中。
[0003]在通过软件进行三维模型构建时，通过二维曲面挤压成三维体模型是一种常用的操作方法，具体方法如附图1所示：首先将原始的曲面A沿着一个固定的生长方向平移并形成曲面B，再将曲面A和B之间通过侧面包围，完成三维模型构建。
[0004]现有的这种三维模型构建方法存在以下不足之处：
[0005]1.如附图2所示，由于曲面A是沿着单一的生长方向进行平移复制，平移复制后的曲面B容易与原始的曲面A发生干涉的情况，由于曲面B与曲面A发生了干涉，因而无法完成三维模型的构建。
[0006]2.传统的方式生成的三维模型的边界处存在不光滑的现象，由于实体是直接根据计算机构建的三维模型进行制造的，这样不利于产品的后续加工，且影响用户使用体验，需要继续在三维造型软件中对构建好的三维模型的边界处进行进一步修改，才能使满足用户的要求。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是解决现有技术中的不足之处，提供一种基于样条插值函数的三维曲面挤压造型模型方法。
[0008]本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：一种基于样条插值函数的三维曲面挤压造型模型方法，包括如下具体步骤，
[0009]步骤1)：确定原始曲面的边界顶点，在边界顶点间插入新增顶点，形成新的光滑处理后的顶点列表SPN；
[0010]步骤2)：构建新增顶点的拓扑连接关系；
[0011]步骤3)：遍历顶点列表SPN中每个顶点，并确定每个顶点的生长方向；
[0012]步骤4)：顶点列表SPN中的每个顶点均按照各自的生长方向进行平移，生成新的平移点，通过平移点获得新的平移曲面；
[0013]步骤5)：在原始曲面与平移曲面之间生成侧面，从而得到三维模型。
[0014]作为优选，步骤1)的具体方法如下：
[0015]S1:遍历原始曲面上所有三角形面片，对三角形面片中的每条边进行判断；如果该边没有和其他三角形面片共享，则该边为边界边，并将该边加入边界集合SE中；
[0016]S2:对边界集合SE中每条边进行处理，取出每条边的两个顶点，去除重复顶点后排序，并存入列表SP中；
[0017]S3：从列表SP中依次取出四个连续的顶点(P
i
‑1，P
i
，P
i+1
，P
i+2
)，直至取完所有的顶点，通过插值函数在顶点P
i
‑
P
i+1
之间插入新增顶点，得到顶点列表SPN，插入新增顶点后满足曲线的光滑度要求。
[0018]作为优选，插值公式如下：
[0019][0020]其中，0＜t＜1，0≤u≤1，t控制曲线扭曲程度，u为插值参数。
[0021]作为优选，插值参数u取0.5。
[0022]作为优选，步骤2)的具体方法如下：在原边(P
i
P
i+1
)上增加与新增顶点相对应的对应顶点，在顶点P
i
、顶点P
i+1
、新增顶点、对应顶点这些点之间增加连接边，从而构建新增顶点的拓扑连接关系。
[0023]作为优选，步骤3)中，确定顶点生长方向的具体方法如下：针对顶点P
i
，找出顶点P
i
的三角形邻域T1…
T
l
，计算各个三角形邻域的法向n
i
，通过各个三角形邻域的法向n
i
获得顶点P
i
的生长方向n
pi
。
[0024]作为优选，顶点P
i
的生长方向n
pi
的计算公式如下：
[0025][0026]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种基于样条插值函数的三维曲面挤压造型模型方法，在构建三维模型时，原始平面上的点均是按照各自确定的生长方向进行平移的，平移后获得的平移曲面不会与原始曲面发生干涉，因此解决传统技术中由于生长方向单一而造成曲面干涉的问题；其次，本专利技术中，通过插入新增顶点的方式对原始曲面的边界进行光滑处理，提高了三维模型边界处的光滑性，满足了用户对于产品表面光滑度的需求，便于后续进行实际加工，提高了用户的体验感。
附图说明
[0027]图1为现有技术中二维曲面生成三维模型的示意图。
[0028]图2为曲面发生干涉时的示意图。
[0029]图3为在顶点P
i
‑
P
i+1
之间插入新增顶点的示意图。
[0030]图4为新增顶点构建拓扑连接关系的示意图。
[0031]图5为确定顶点P
i
的生长方向的示意图。
[0032]图6为生成光滑侧面的示意图。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的
范围。
[0034]本领域技术人员应理解的是，在本专利技术的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本专利技术的限制。
[0035]可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
[0036]如图2
‑
4所示，一种基于样条插值函数的三维曲面挤压造型模型方法，包括如下具体步骤，
[0037]步骤1)：确定原始曲面的边界顶点，在边界顶点间插入新增顶点，形成新的光滑处理后的顶点列表SPN。
[0038]该步骤的具体方法如下：
[0039]S1：遍历原始曲面上所有三角形面片，对三角形面片中的每条边进行判断；如果该边没有和其他三角形面片共享，则该边为边界边，并将该边加入边界集合SE中。在这里值得一提的是，现有的图形学中惯用做法，均是将曲面划分为若干个小的三角形面片，通过一定数量的三角形面片拼接在一起来逼近曲面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于样条插值函数的三维曲面挤压造型模型方法，其特征在于，包括如下具体步骤，步骤1)：确定原始曲面的边界顶点，在边界顶点间插入新增顶点，形成新的光滑处理后的顶点列表SPN；步骤2)：构建新增顶点的拓扑连接关系；步骤3)：遍历顶点列表SPN中每个顶点，并确定每个顶点的生长方向；步骤4)：顶点列表SPN中的每个顶点均按照各自的生长方向进行平移，生成新的平移点，通过平移点获得新的平移曲面；步骤5)：在原始曲面与平移曲面之间生成侧面，从而得到三维模型。2.根据权利要求1所述的一种基于样条插值函数的三维曲面挤压造型模型方法，其特征在于，步骤1)的具体方法如下：S1:遍历原始曲面上所有三角形面片，对三角形面片中的每条边进行判断；如果该边没有和其他三角形面片共享，则该边为边界边，并将该边加入边界集合SE中；S2:对边界集合SE中每条边进行处理，取出每条边的两个顶点，去除重复顶点后排序，并存入列表SP中；S3:从列表SP中依次取出四个连续的顶点(P
i
‑1,P
i
,P
i+1
,P
i+2
)，直至取完所有的顶点，通过插值函数在顶点P
i
‑
P
i+1
之间插入新增顶点，得到顶点列表SPN，插入新增顶点后满足曲线的光滑度要求。3.根据权利要求2所述的一种基于样条插值函数的三维曲面挤压造型模型方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆剑锋，赵唯皓，宋楚华，黄湘烨，李蔡进，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学上虞科学与工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：