基于流体模拟的3D模型设计方法、系统、介质及设备技术方案

本发明专利技术属于三维建模技术领域，提供了一种基于流体模拟的3D模型设计方法、系统、存储介质及设备。其中，该方法包括将3D模型参数转换为流体仿真模拟参数，再基于流体仿真模拟系统的初始参数，仿真得到相应的流体粒子状态信息；基于流体粒子状态信息依次进行孔洞补全及表面重建，得到对应流体模型；筛选出预设要求的流体模型，得到相应3D模型，以用于3D打印。以用于3D打印。以用于3D打印。

【技术实现步骤摘要】
基于流体模拟的3D模型设计方法、系统、介质及设备


[0001]本专利技术属于三维建模
，尤其涉及一种基于流体模拟的3D模型设计方法、系统、介质及设备。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]由于流体的不确定性和复杂性，这种类型的雕塑创作极其困难，并不能为大众所设计创作。随着3D打印技术的进步与发展，激发了更多用户进行创意性三维模型设计，也将大众的视野从流体雕塑转移到了使用3D打印制作流体模型上。3D打印技术的出现方便了物品的生产制造过程，但在生产制造之前，还需要使用者手动建立流体模型，以生成可打印文件。
[0004]专利技术人发现，现有的辅助建模软件虽然提供了流体模拟的功能，但从设计模拟场景到重建流体表面的整个过程依旧需要用户拥有娴熟的建模技巧，这同样不适用于没有建模经验的人，而且设计3D模型过程复杂，即使经过建模软件设计出3D模型，并不一定符合最终要求，而为了最终满足要求，必须重新修改各个建模环节，使得修改过程也比较繁琐。

技术实现思路

[0005]为了解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提供一种基于流体模拟的3D模型设计方法、系统、介质及设备，其不需要用户掌握建模的能力，仅仅通过修改参数即可获取对应的流体模型。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术的第一个方面提供一种基于流体模拟的3D模型设计方法。
[0008]一种基于流体模拟的3D模型设计方法，其包括：
[0009]将3D模型参数转换为流体仿真模拟参数，再基于流体仿真模拟系统的初始参数，仿真得到相应的流体粒子状态信息；
[0010]基于流体粒子状态信息依次进行孔洞补全及表面重建，得到对应流体模型；
[0011]筛选出预设要求的流体模型，得到相应3D模型，以用于3D打印。
[0012]作为一种实施方式，所述流体仿真模拟系统的初始参数包括底座边界模型的选择、流体流动的粘稠度、流体的形状大小、仿真模拟的总时长以及模型连续输出的时间间隔。
[0013]作为一种实施方式，所述流体仿真模拟系统的构建过程为：
[0014]使用基于粒子的拉格朗日视角的流体方仿真算法，选定隐式不可压缩SPH的方法作为流体压力的求解算法，选定共轭梯度下降法迭代求解作为流体之间粘性力的计算方式。
[0015]作为一种实施方式，基于流体粒子状态信息进行孔洞补全的过程为：
[0016]遍历流体粒子，分析模型重建时可能会出现孔洞的位置，标记孔洞处粒子；
[0017]遍历孔洞粒子，根据孔洞处粒子的周围邻域粒子的分布，做加权主成分分析，构造贴合孔洞形状的填补核，并添加补全粒子对填补核进行填充，再对已添加粒子做平滑处理，使其贴合流体表面。
[0018]作为一种实施方式，进行孔洞补全的过程为：
[0019]使用基于粒子的各向异性核表面重建算法构建表面网格，使用marching cubes提取流体表面。
[0020]本专利技术的第二个方面提供一种基于流体模拟的3D模型设计系统。
[0021]一种基于流体模拟的3D模型设计系统，其包括：
[0022]流体仿真模拟模块，其用于将3D模型参数转换为流体仿真模拟参数，再基于流体仿真模拟系统的初始参数，仿真得到相应的流体粒子状态信息；
[0023]流体模型获取模块，其用于基于流体粒子状态信息依次进行孔洞补全及表面重建，得到对应流体模型；
[0024]3D模型打印模块，其用于筛选出预设要求的流体模型，得到相应3D模型，以用于3D打印。
[0025]作为一种实施方式，所述流体仿真模拟系统的初始参数包括底座边界模型的选择、流体流动的粘稠度、流体的形状大小、仿真模拟的总时长以及模型连续输出的时间间隔。
[0026]作为一种实施方式，所述流体仿真模拟系统的构建过程为：
[0027]使用基于粒子的拉格朗日视角的流体方仿真算法，选定隐式不可压缩SPH的方法作为流体压力的求解算法，选定共轭梯度下降法迭代求解作为流体之间粘性力的计算方式。
[0028]作为一种实施方式，基于流体粒子状态信息进行孔洞补全的过程为：
[0029]遍历流体粒子，分析模型重建时可能会出现孔洞的位置，标记孔洞处粒子；
[0030]遍历孔洞粒子，根据孔洞处粒子的周围邻域粒子的分布，做加权主成分分析，构造贴合孔洞形状的填补核，并添加补全粒子对填补核进行填充，再对已添加粒子做平滑处理，使其贴合流体表面。
[0031]作为一种实施方式，进行孔洞补全的过程为：
[0032]使用基于粒子的各向异性核表面重建算法构建表面网格，使用marching cubes提取流体表面。
[0033]本专利技术的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。
[0034]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的基于流体模拟的3D模型设计方法中的步骤。
[0035]本专利技术的第四个方面提供一种电子设备。
[0036]一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的基于流体模拟的3D模型设计方法中的步骤。
[0037]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0038](1)本专利技术基于流体仿真模拟系统的初始参数，仿真得到相应的流体粒子状态信
息，基于流体粒子状态信息依次进行孔洞补全及表面重建，得到对应流体模型，最后筛选出预设要求的流体模型，得到相应3D模型以用于3D打印，这样对于没有建模经验的普通用户，仅通过调整系统面板所需参数，就能获得对应的可进行3D打印的流体模型，而且通过物理仿真的方式进行自动化建模，快速地完成了模型的生成，提高了可打印模型的构建效率。
[0039](2)本专利技术提出了基于现有的表面提取算法的孔洞补全方法，该方法能够在表面重建之前通过添加流体粒子的方式对流体模型进行孔洞的补全，保证了可打印模型的有效性、完整性和功能性，减少了后续的填补处理操作。
[0040]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0041]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0042]图1为本专利技术实施例一提供的基于流体模拟的3D模型设计方法的流程图；
[0043]图2为本专利技术实施例一提供的系统给予用户选择的参数面板示意图；
[0044]图3(a)为本专利技术实施例一提供的流体仿真模拟过程中输出的第一模型图；
[0045]图3(b)为本专利技术实施例一提供的流体仿真模拟过程中输出的第二模型图；
[0046]图3(c)为本专利技术实施例一提供的流体仿真模拟过程中输出的第三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于流体模拟的3D模型设计方法，其特征在于，包括：将3D模型参数转换为流体仿真模拟参数，再基于流体仿真模拟系统的初始参数，仿真得到相应的流体粒子状态信息；基于流体粒子状态信息依次进行孔洞补全及表面重建，得到对应流体模型；筛选出预设要求的流体模型，得到相应3D模型，以用于3D打印。2.如权利要求1所述的基于流体模拟的3D模型设计方法，其特征在于，所述流体仿真模拟系统的初始参数包括底座边界模型的选择、流体流动的粘稠度、流体的形状大小、仿真模拟的总时长以及模型连续输出的时间间隔。3.如权利要求1所述的基于流体模拟的3D模型设计方法，其特征在于，所述流体仿真模拟系统的构建过程为：使用基于粒子的拉格朗日视角的流体方仿真算法，选定隐式不可压缩SPH的方法作为流体压力的求解算法，选定共轭梯度下降法迭代求解作为流体之间粘性力的计算方式。4.如权利要求1所述的基于流体模拟的3D模型设计方法，其特征在于，基于流体粒子状态信息进行孔洞补全的过程为：遍历流体粒子，分析模型重建时可能会出现孔洞的位置，标记孔洞处粒子；遍历孔洞粒子，根据孔洞处粒子的周围邻域粒子的分布，做加权主成分分析，构造贴合孔洞形状的填补核，并添加补全粒子对填补核进行填充，再对已添加粒子做平滑处理，使其贴合流体表面。5.如权利要求1或4所述的基于流体模拟的3D模型设计方法，其特征在于，进行孔洞补全的过程为：使用基于粒子的各向异性核表面重建算法构建表面网格，使用marching cubes提取流体表面。6.一种基于流体模拟的3D模型设计系统，其特征在于，包括：流体仿真模拟模块，其用于将3D模型参数转换为流体仿真模拟参数，再基于流体仿真模拟系统的初始参数，仿真得到相应的流体粒子状态信息；流...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕琳，王筱璇，星宇，屠长河，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：