基于平面的非对称复杂立体书运动模拟方法技术

一种基于平面的非对称复杂立体书运动模拟方法，根据输入信息构建基于平面的立体书数据结构；基于立体书数据结构中基础元件的拓扑排序依次更新基础元件的空间结构，通过解析解的方式求解每个基础元件的空间位置信息，得到立体书在给定展开角度下的空间结构展示。本发明专利技术采用基于平面的方式表示立体书，将立体书分解为一系列基础元件，将基础元件的运动模拟转化为解析几何的问题，通过求解一系列解析几何的问题获取基础元件的空间结构。本发明专利技术所提出的基于平面的立体书数据结构可模拟现有显式建模系统无法模拟的包含由多平面组成的非对称复杂几何结构的立体书，同时灵活性高，易于拓展。拓展。拓展。

【技术实现步骤摘要】
基于平面的非对称复杂立体书运动模拟方法


[0001]本专利技术涉及的是一种计算机辅助设计以及计算几何领域的技术，具体是一种基于平面的非对称复杂立体书运动模拟方法。

技术介绍

[0002]设计立体书的过程十分繁杂，在设计阶段，设计师需要先制作出立体书的草稿，称之为白样/白模。白模的制作通常只能手工进行，是个耗时且颇具技巧的工作，需要设计师拥有一定的立体书机关制作经验和优秀的手工能力。因此，基于计算机的立体书运动模拟可大大加速立体书的设计过程，也更便利与节约。
[0003]显式建模方法将立体书采用显式的几何结构表示，该类方法将立体书分解为一系列已知的可显式表达的几何结构，通过求解一系列解析几何问题实现立体书的运动模拟，该类方法的好处在于基于显式表达的结构是清晰明了的，易于理解与编码，且得到的效果是绝对准确的，也就是方法本身是无偏的，只会出现由于计算机本身的浮点计算误差带来的偏差，而缺点在于只能表示已知的几何结构，且现有的方法只能表示平行折线结构、V形结构等简单对称几何结构，其难点在于将复杂的立体书元件分解为一系列已知的可显式表达的几何结构的过程。
[0004]立体书运动模拟的主要研究目的不是为了更好地在计算机上模拟出立体书的运动过程，而是辅助实际设计，将是否满足相关几何约束的判定交给程序来做，帮助设计师更快地针对对应元件进行改动。因此获取立体书运动过程中的精确解，支持平行立方体结构、相交折线立方体结构等多平面的非对称复杂几何结构的意义是非常重大的。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有模拟系统大多只支持平行折线结构、V形结构等简单对称几何结构的不足，提出一种基于平面的非对称复杂立体书运动模拟方法，采用基于平面的方式表示立体书，将立体书分解为一系列基础元件，将基础元件的运动模拟转化为解析几何的问题，通过求解一系列解析几何的问题获取基础元件的空间结构。本专利技术所提出的基于平面的立体书数据结构可模拟包含由多平面组成的非对称复杂几何结构的立体书，同时灵活性高，易于拓展。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术涉及一种基于平面的非对称复杂立体书运动模拟方法，根据输入信息构建基于平面的立体书数据结构；基于立体书数据结构中基础元件的拓扑排序依次更新基础元件的空间结构，通过解析解的方式求解每个基础元件的空间位置信息，得到立体书在给定展开角度下的空间结构展示。
[0008]所述方法具体包括以下步骤：
[0009]S1，基于文件内容构建基于平面的立体书数据结构，并根据构建的立体书数据结构计算出基础元件的拓扑排序。
[0010]所述的文件内容包括：基础元件的构成和依赖信息。
[0011]所述的基础元件包括：至少一个参数化平面及其更新的方式、渲染信息、二维顶点、指示信息，其中：基础元件在逻辑上包含左侧、右侧和中央折叠线，左侧包含若干个参数化平面，右侧包含若干个参数化平面，左侧与右侧的交线为中央折叠线，具体包含的参数化平面数量及其更新方式由具体的业务需求而定。基础元件的左侧与右侧所依赖的参数化平面满足交于某个基础元件的中央折叠线。
[0012]所述的参数化平面满足给定一个依赖于该平面的二维顶点，可求解该二维顶点对应的三维空间位置，包括空间平面方程、一个锚点、两个或三个不共线的空间基向量，当为三个空间基向量，则三个空间基向量满足不共面且两两不共线。
[0013]所述的二维顶点依赖于特定的参数化平面，具体依赖关系由具体业务需求而定。所述的二维顶点并不直接存储三维的空间位置信息，需要通过所依赖的参数化平面才能转化得到对应的三维空间位置信息。
[0014]所述的渲染信息包括：渲染方式、渲染使用的Shader信息、顶点的空间位置、顶点的法线、顶点的颜色、顶点对应的UV坐标、顶点对应的纹理信息、面包含的顶点的对应下标、面的法线、面的颜色、面对应的纹理。
[0015]所述的指示信息为构建一个基础元件所需要的额外信息，具体额外信息由具体业务需求而定。
[0016]S2，对于设定的展开角度θ，基于拓扑排序依次更新每一个基础元件的空间结构。首先基于设定的展开角度自动更新立体书数据结构中根节点对应的基础元件的空间结构信息，随后根据立体书数据结构中包含的基础元件的拓扑关系对余下基础元件进行空间结构更新，通过解析求解的方式得到基础元件所包含的参数化平面，根据参数化平面更新所包含二维顶点的空间位置。
[0017]所述的空间结构包括但不限于：V形结构元件、平行折线结构元件、非对称帐篷结构元件、平行开放盒子结构元件、对联管状结构元件、平行立方体结构元件、平行放置金字塔结构元件、封闭帐篷结构元件、帐篷形稳定支撑平面结构元件、相交折线开放盒子结构元件、相交折线立方体结构元件、相交折线金字塔结构元件或相交折线平面结构元件。所述的每一个空间结构都有其对应的参数化平面更新方法，具体方法由具体业务需求而定。
[0018]所述的空间结构更新包括：参数化平面更新和二维顶点空间位置更新。
[0019]所述的参数化平面更新，包括但不限于：V形结构元件的参数化平面更新和平行立方体结构元件的参数化平面更新。
[0020]所述的V形结构元件的参数化平面更新，具体包括：
[0021]S201，根据文件或图形化界面输入构建立体书数据结构，其中立体书数据结构包含V形结构元件，其包括：至少两个参数化平面、一个位于V形结构元件所在折叠线上的二维顶点、其余二维顶点、两个父元件指示信息、V形结构元件的结构信息、渲染信息。
[0022]所述的位于V形结构元件所在折叠线上的二维顶点满足在V形结构元件所在折叠线上，且在V形结构元件自身折叠线或延长线上，且在V形结构元件两侧的粘贴边或其延长线上。
[0023]所述的两个父元件指示信息包括满足位于V形结构元件所在折叠线两侧且依赖于V形结构元件的父元件的两个父元件指示二维顶点，或指定V形结构元件所在折叠线两侧分
别依赖的父元件以及V形结构元件两侧粘贴边与V形结构元件所在折叠线的夹角，定义两个父元件指示二维顶点为A
2d
＝[u
a
，v
a
]，B
2d
＝[u
b
，v
b
]。
[0024]所述的V形结构元件的结构信息包括V形结构元件自身折叠线与两侧粘贴边的夹角α，β。
[0025]S202，定义位于V形结构元件所在折叠线上的二维顶点为C
2d
＝[u
c
，v
c
]，根据二维顶点A
2d
B
2d
，C
2d
及其依赖的参数化平面求出三个二维顶点对应的空间坐标A＝[x
a
，y
a
，z
a
]，B＝[x
b
，y
b
，z
b
]，C＝[x
c
，y
c
，z
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于平面的非对称复杂立体书运动模拟方法，其特征在于，根据输入信息构建基于平面的立体书数据结构；基于立体书数据结构中基础元件的拓扑排序依次更新基础元件的空间结构，通过解析解的方式求解每个基础元件的空间位置信息，得到立体书在给定展开角度下的空间结构展示。2.根据权利要求1所述的基于平面的非对称复杂立体书运动模拟方法，其特征是，具体包括以下步骤：S1，基于基础元件的构成和依赖信息构建基于平面的立体书数据结构，并根据构建的立体书数据结构计算出基础元件的拓扑排序；S2，对于设定的展开角度θ，基于拓扑排序依次更新每一个基础元件的空间结构；首先基于设定的展开角度自动更新立体书数据结构中根节点对应的基础元件的空间结构信息，随后根据立体书数据结构中包含的基础元件的拓扑关系对余下基础元件进行空间结构更新，通过解析求解的方式得到基础元件所包含的参数化平面，根据参数化平面更新所包含二维顶点的空间位置；所述的空间结构更新包括：基础元件空间结构更新和参数化平面更新；S3，根据步骤2和步骤3更新后的顶点和输入的渲染信息进行渲染，将渲染结果展示在图形化界面上。3.根据权利要求2所述的基于平面的非对称复杂立体书运动模拟方法，其特征是，所述的基础元件包括：至少一个参数化平面及其更新的方式、渲染信息、二维顶点、指示信息；基础元件在逻辑上包含左侧、右侧和中央折叠线，其中左侧包含若干个参数化平面，右侧包含若干个参数化平面，左侧与右侧的交线为中央折叠线，具体包含的参数化平面数量及其结构更新方式由具体的业务需求而定；基础元件的左侧与右侧所依赖的参数化平面满足交于某个基础元件的中央折叠线；所述的参数化平面满足给定一个依赖于该平面的二维顶点，可求解该二维顶点对应的三维空间位置，具体为：空间平面方程、一个锚点、两个或三个不共线的空间基向量，当为三个空间基向量，则三个空间基向量满足不共面且两两不共线；所述的二维顶点通过所依赖的参数化平面才能转化得到对应的三维空间位置信息；所述的渲染信息包括：渲染方式、渲染使用的Shader信息、顶点的空间位置、顶点的法线、顶点的颜色、顶点对应的UV坐标、顶点对应的纹理信息、面包含的顶点的对应下标、面的法线、面的颜色、面对应的纹理。4.根据权利要求2所述的基于平面的非对称复杂立体书运动模拟方法，其特征是，所述的空间结构更新包括：参数化平面更新和二维顶点空间位置更新，其中：参数化平面更新，包括：V形结构元件的参数化平面更新和平行立方体结构元件的参数化平面更新；二维顶点空间位置更新包括：根据二维顶点的UV坐标(u，v)、所在参数化平面的锚点p
anchor
与空间基向量U，V计算该二维顶点对应的空间位置p＝p
anchor
+u
·
U+v
·
V。5.根据权利要求4所述的基于平面的非对称复杂立体书运动模拟方法，其特征是，所述的V形结构元件的参数化平面更新，具体包括：S201，根据文件或图形化界面输入构建立体书数据结构，其中立体书数据结构包含V形结构元件，其包括：至少两个参数化平面、一个位于V形结构元件所在折叠线上的二维顶点、
其余二维顶点、两个父元件指示信息、V形结构元件的结构信息、渲染信息；S202，定义位于V形结构元件所在折叠线上的二维顶点为C
2d
＝[u
c
，v
c
]，根据二维顶点A
2d
B
2d
，C
2d
及其依赖的参数化平面求出三个二维顶点对应的空间坐标A＝[x
a
，y
a
，z
a
]，B＝[x
b
，y
b
，z
b
]，C＝[x
c
，y
c
，z
c
]，其中A所在的V形结构元件一侧与V形结构元件自身折叠线的夹角为α，B所在的V形结构元件一侧与V形结构元件自身折叠线的夹角为β；根据空间坐标A，B，C和V形结构元件的结构信息α，β计算平面π
r
和投影点M：π
r
：：其中投影点M为点P在直线CA上的投影，|CP|为预设参数，根据投影点M计算平面π
M
：S203，根据平面π
r
，π
M
的方程求解平面的交线l；S204，计算交线l与以投影点M为中心，半径为|CP|
·
sinα的球的交点P；S205，根据点P更新V形结构元件的参数化平面π1，π2，其中π1的锚点为点C，平面法向量两个空间基向量为π2的锚点为点C，平面法向量两个空间基向量为6.根据权利要求4所述的基于平面的非对称复杂立体书运动模拟方法，其特征是，所述的平行立方体结构元件的参数化平面更新，具体包括：S211，根据文件或图形化界面输入构建立体书数据结构，其中立体书数据结构包含平行立方体结构元件，其结构信息包括：9个参数化平面、6个父元件指示信息、9个结构信息、若干二维顶点、渲染信息；S212，根据固定二维顶点计算平行立方体结构元件自身折叠线，定义平行立方体结构元件左侧所依赖的参数化平面为LF，右侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗媚，肖双九，蔡鸿明，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：