專利名稱：立體卡片自動(dòng)設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)藝術(shù)與數(shù)字幾何處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種立體卡片自動(dòng)設(shè) 計(jì)方法。
背景技術(shù)：
使用計(jì)算機(jī)以定性和定量的方法對(duì)藝術(shù)進(jìn)行分析研究，以及利用計(jì)算機(jī)輔助藝術(shù) 創(chuàng)作，統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)藝術(shù)(Computer Arts)。立體卡片作為一種獨(dú)特的藝術(shù)形式，廣泛出現(xiàn) 在人們的日常生活中。設(shè)計(jì)一張精致的立體卡片，往往需要豐富的經(jīng)驗(yàn)、高超的技藝、豐富 的想象力和藝術(shù)細(xì)胞，還需要花費(fèi)大量的時(shí)間。立體卡片的手工設(shè)計(jì)是一個(gè)如此復(fù)雜的過 程，因此，使用計(jì)算機(jī)輔助立體卡片的設(shè)計(jì)，具有非常重要的意義。使用計(jì)算機(jī)輔助立體卡片設(shè)計(jì)方面的研究，從2002年開始受到關(guān)注。Glassner 等人于2002年發(fā)明了一個(gè)可交互進(jìn)行彈出式立體卡片設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上， Mitani和Suzuki，Hendrix分別于2004年、2006年進(jìn)行了改進(jìn)。但是，這些方法雖然有計(jì) 算機(jī)進(jìn)行輔助，但還需要用戶逐面對(duì)立體卡片進(jìn)行手工設(shè)計(jì)，工作量仍然較大?，F(xiàn)有技術(shù)的另一種方法使用數(shù)字三維模型作為輸入，利用模型中包含的大量信 息，自動(dòng)設(shè)計(jì)立體卡片，這種方法能夠有效降低用戶工作量。Mitani等人采用這種方法，發(fā) 明了一種基于數(shù)字三維模型的立體造型自動(dòng)設(shè)計(jì)方法，然而這個(gè)方法所設(shè)計(jì)的立體造型有 較大局限，還不能稱之為立體卡片，因?yàn)樗鼈內(nèi)狈αⅢw卡片的穩(wěn)定性和自我彈出特性。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何設(shè)計(jì)具有連通性和穩(wěn)定性、與作為輸入的數(shù)字三 維模型相似度高、效果美觀逼真的立體卡片。( 二 )技術(shù)方案為此，本發(fā)明提供了一種立體卡片自動(dòng)設(shè)計(jì)方法，包括步驟1、定義平行于屏幕豎直指向屏幕上沿的方向?yàn)閆方向，平行于屏幕水平指向 左方的方向?yàn)閄方向，垂直于屏幕指向屏幕外的方向?yàn)閅方向；立體卡片的數(shù)字三維模型位 于XY平面的一面為底面，所述數(shù)字三維模型位于XZ平面的一面為背面；將所述三維數(shù)字模 型表示為N個(gè)同等大小的正方體；其中N為大于1的自然數(shù)；步驟2、所述正方體具有6N個(gè)正方形面，舍棄YZ平面方向的正方形面，在剩下4N 個(gè)正方形面中，以位于所述背面和底面的正方形面的中心點(diǎn)為原點(diǎn)，沿YZ平面上Y軸與Z 軸的45度夾角指向屏幕外的方向做射線，得到數(shù)個(gè)平行的射線，保留中心點(diǎn)位于所述射線 上且位于所述射線正方向最外面的正方形面；保留的正方形面的集合構(gòu)成所述立體卡片的 立體造型；步驟3、使用漸進(jìn)和貪心算法，逐個(gè)或逐批對(duì)步驟2保留的正方形面沿其中心點(diǎn)所 在的所述射線移動(dòng)，使得移動(dòng)后的正方形面與移動(dòng)前的正方形面垂直或平行，移動(dòng)后的正方形面的中心點(diǎn)仍在所述射線上，且各個(gè)正方形面之間具有連通性和穩(wěn)定性；步驟4、將步驟3得到的立體造型沿所述射線方向投影到所述底面所在的平面上， 得到的象即所述立體卡片的設(shè)計(jì)圖。所述步驟4之后還包括對(duì)所述設(shè)計(jì)圖的邊界節(jié)點(diǎn)序列使用拉普拉斯方法進(jìn)行平滑以消除鋸齒。所述步驟3具體包括步驟301、將所述步驟2保留下來的正方形面沿各自所在的射線方向投影到底面 所在的平面上，得到一個(gè)象，將位于該象最外圈的正方形面固定；步驟302、判斷是否存在沒有被固定的正方形面，是則執(zhí)行步驟303 ；否則結(jié)束；步驟303、對(duì)于還沒有被固定的正方形面，以X軸坐標(biāo)相同作為劃分標(biāo)準(zhǔn)，將沒有 被固定的正方形面劃分為多批正方形面；依次計(jì)算每批正方形面移動(dòng)到連通和穩(wěn)定狀態(tài)所 需的平均移動(dòng)距離；步驟304、選取平均移動(dòng)距離最小的一批正方形面，對(duì)于每一個(gè)正方形面，沿其中 心點(diǎn)所在的所述射線移動(dòng)，使得移動(dòng)后的正方形面與移動(dòng)前的正方形面垂直或平行，移動(dòng) 后的正方形面的中心點(diǎn)仍在所述射線上，且移動(dòng)后的正方形面和已固定的正方形面之間具 有連通性和穩(wěn)定性，然后將移動(dòng)后的正方形面固定下來；執(zhí)行步驟302。其中所述移動(dòng)距離表示正方形面沿其中心點(diǎn)所在的所述射線移動(dòng)，使得移動(dòng)后 的正方形面與移動(dòng)前的正方形面垂直或平行，移動(dòng)后的正方形面的中心點(diǎn)仍在所述射線 上；移動(dòng)到連通和穩(wěn)定狀態(tài)所需的歐幾里得距離，每個(gè)正方形面最多只能移動(dòng)一次。所述連通和穩(wěn)定狀態(tài)表示被移動(dòng)的正方形面和已固定的正方形面之間具有連通 性，且所述被移動(dòng)的正方形面和已固定的正方形面整體具有自動(dòng)彈出特性。(三)有益效果本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下有益效果通過輸入數(shù)字三維模型并定義坐標(biāo)，能夠 自動(dòng)設(shè)計(jì)出與數(shù)字三維模型相似度極高的立體卡片，節(jié)省了人力物力，且得到的立體卡片 具有很好的連通性和穩(wěn)定性，精致美觀。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的立體卡片自動(dòng)設(shè)計(jì)方法流程圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的立體卡片結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1中步驟3的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例的立體卡片自動(dòng)設(shè)計(jì)方法流程圖；該方法包括以下 步驟步驟1、將立體卡片的數(shù)字三維模型體數(shù)據(jù)化，具體包括定義平行于屏幕豎直指向屏幕上沿的方向?yàn)閆方向，平行于屏幕水平指向左方的 方向?yàn)閄方向，垂直于屏幕指向屏幕外的方向?yàn)閅方向；立體卡片的數(shù)字三維模型位于XY平面的一面為底面，立體卡片的數(shù)字三維模型位于XZ平面的一面為背面；將立體卡片的數(shù)字三維模型離散化，將數(shù)字三維模型表示成N個(gè)同等大小的正方 體；正方體的大小和個(gè)數(shù)可以設(shè)置，比如可以設(shè)置體數(shù)據(jù)化后的三維模型的分辨率為 128X128X128，則生成不超過128X128X128個(gè)正方體；步驟2、生成立體卡片立體造型；具體包括離散化后的數(shù)字三維模型由N個(gè)正方體組成，N個(gè)正方體有6N個(gè)正方形面；將YZ 平面方向的正方形面舍棄，保留XZ平面方向和XY平面方向的4N個(gè)正方形面；在保留下的 4N個(gè)正方形面中，以位于背面和底面的正方形面的中心點(diǎn)為原點(diǎn)，沿YZ平面上Y軸和Z軸 的45度夾角指向屏幕外的方向做射線，可以得到數(shù)個(gè)平行的射線；以下提到的射線均指此 處定義的射線；保留中心點(diǎn)位于該射線上且位于該射線正方向最外面的正方形面；這些正 方形面的集合構(gòu)成立體賀卡的立體造型；步驟3、立體卡片的生成步驟，具體包括在步驟2得到的立體造型的基礎(chǔ)上，使用漸進(jìn)和貪心算法，逐個(gè)或逐批對(duì)步驟2保 留的正方形面沿其中心點(diǎn)所在的射線移動(dòng)，使得移動(dòng)后的正方形面與移動(dòng)前的正方形面垂 直或平行，移動(dòng)后的正方形面的中心點(diǎn)仍在所述射線上，且各個(gè)正方形面之間具有連通性 和穩(wěn)定性；調(diào)整后的正方形面的集合構(gòu)成近似于原三維模型的立體卡片；本實(shí)施例的連通性是指，各個(gè)正方形面都不是獨(dú)立的，而是能夠連接為一個(gè)整體。 本實(shí)施例的穩(wěn)定性即自動(dòng)彈出特性，即各個(gè)正方形面的組合具有自動(dòng)彈出的特性。如果滿 足立體卡片的各個(gè)面能夠被命名為P” P2，. . . Pn，其中Pi和P2分別是背面和底面，所有的 面都是一個(gè)一組或者兩個(gè)一組地由下標(biāo)更小的面連接并支撐起來。若立體卡片的各個(gè)面能 夠滿足上述條件，則認(rèn)為該立體卡片是連通和穩(wěn)定的。下面通過一個(gè)例子來說明立體卡片 的連通性和穩(wěn)定性；如圖2所示，為本發(fā)明實(shí)施例的立體卡片結(jié)構(gòu)示意圖；圖中的立體造型 由若干方形面組成，其中，P3和P4 一起被Pi和P2支撐起來，P5由Pi和P4支撐起來，P6由Pi 和P4支撐起來，P7和P8 —起被Pi和P5支撐起來，則該立體造型是穩(wěn)定的。該條件是充分條件，而非必要條件，也就是說，不是所有的立體卡片都具有這種性 質(zhì)，但是具有這種性質(zhì)的卡片一定具有連通性和穩(wěn)定性。步驟4、將各個(gè)正方形面沿各自所在的射線方向投影到底面所在的平面上，得到的 象即立體卡片的設(shè)計(jì)圖；步驟4得到的設(shè)計(jì)圖，就可以用來做立體卡片了，而且做出的立體卡片具有連通 性和穩(wěn)定性；得到的立體卡片與設(shè)定的數(shù)字三維模型相似；為了進(jìn)一步得到與數(shù)字三維模 型相似度更高，更加美觀的立體卡片，還可以執(zhí)行步驟5 ；步驟5、反鋸齒與美化的步驟，具體包括對(duì)步驟4得到的設(shè)計(jì)圖的邊界節(jié)點(diǎn)序列使用拉普拉斯方法進(jìn)行平滑以消除鋸齒， 從而使最終得到的立體卡片更加美觀和逼真。參照圖2，為圖1中的步驟3具體流程圖；包括步驟301、將步驟2保留下來的正方形面沿各自所在的射線方向投影到底面所在 的平面上，得到一個(gè)立體卡片的象，將位于該象最外圈的正方形面固定；步驟302、判斷是否還有其它正方形面沒有被固定，否則結(jié)束；是則執(zhí)行步驟303 ；
其中沒有被固定是指與其它正方形面不相連接，即不滿足連通性；也不滿足卡片 的穩(wěn)定性，即自動(dòng)彈出特性；步驟303、對(duì)于還沒有被固定的正方形面，以X軸坐標(biāo)相同作為劃分標(biāo)準(zhǔn)，將沒有 被固定的正方形面劃分為多批正方形面，若有些正方形面的X軸坐標(biāo)不與其它任何正方形 面的X軸坐標(biāo)相同，則該正方形面單獨(dú)作為一批；每批正方形面沿其所在的射線投影到底 面所在的平面上的象，都能夠組成一個(gè)連接的條帶；依次計(jì)算每批正方形面移動(dòng)到連通和 穩(wěn)定狀態(tài)所需的平均移動(dòng)距離；連通和穩(wěn)定狀態(tài)即指滿足連通性和穩(wěn)定性的條件，被移動(dòng)的正方形面和已固定的 正方形面之間具有連通性，且所述被移動(dòng)的正方形面和已固定的正方形面整體具有自動(dòng)彈 出特性。其中移動(dòng)距離表示正方形面沿其中心點(diǎn)所在的射線移動(dòng)，使得移動(dòng)后的正方形 面與移動(dòng)前的正方形面垂直或平行，移動(dòng)后的正方形面的中心點(diǎn)仍在射線上；移動(dòng)到連通 和穩(wěn)定狀態(tài)所需的歐幾里得距離，每個(gè)正方形面最多只能移動(dòng)一次。步驟304、選取平均移動(dòng)距離最小的一批正方形面，對(duì)于每一個(gè)正方形面，沿其中 心點(diǎn)所在的所述射線移動(dòng)，使得移動(dòng)后的正方形面與移動(dòng)前的正方形面垂直或平行，移動(dòng) 后的正方形面的中心點(diǎn)仍在所述射線上，且移動(dòng)后的正方形面和已固定的正方形面之間具 有連通性和穩(wěn)定性，然后將移動(dòng)后的正方形面固定下來；執(zhí)行步驟302。本發(fā)明提供的立體卡片自動(dòng)設(shè)計(jì)方法，通過輸入的數(shù)字三維模型和定義的坐標(biāo)， 能夠設(shè)計(jì)出與數(shù)字三維模型相似度極高的立體卡片，節(jié)省了人力物力，且得到的立體卡片 具有很好的連通性和穩(wěn)定性，精致美觀。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種立體卡片自動(dòng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括步驟1、定義平行于屏幕豎直指向屏幕上沿的方向?yàn)閆方向，平行于屏幕水平指向左方的方向?yàn)閄方向，垂直于屏幕指向屏幕外的方向?yàn)閅方向；立體卡片的數(shù)字三維模型位于XY平面的一面為底面，所述數(shù)字三維模型位于XZ平面的一面為背面；將所述三維數(shù)字模型表示為N個(gè)同等大小的正方體；其中N為大于1的自然數(shù)；步驟2、所述正方體具有6N個(gè)正方形面，舍棄YZ平面方向的正方形面，在剩下4N個(gè)正方形面中，以位于所述背面和底面的正方形面的中心點(diǎn)為原點(diǎn)，沿YZ平面上Y軸與Z軸的45度夾角指向屏幕外的方向做射線，得到數(shù)個(gè)平行的射線，保留中心點(diǎn)位于所述射線上且位于所述射線正方向最外面的正方形面；保留的正方形面的集合構(gòu)成所述立體卡片的立體造型；步驟3、使用漸進(jìn)和貪心算法，逐個(gè)或逐批對(duì)步驟2保留的正方形面沿其中心點(diǎn)所在的所述射線移動(dòng)，使得移動(dòng)后的正方形面與移動(dòng)前的正方形面垂直或平行，移動(dòng)后的正方形面的中心點(diǎn)仍在所述射線上，且各個(gè)正方形面之間具有連通性和穩(wěn)定性；步驟4、將步驟3得到的立體造型沿所述射線方向投影到所述底面所在的平面上，得到的象即所述立體卡片的設(shè)計(jì)圖。
2.如權(quán)利要求1所述的立體卡片自動(dòng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟4之后還包括對(duì)所述設(shè)計(jì)圖的邊界節(jié)點(diǎn)序列使用拉普拉斯方法進(jìn)行平滑以消除鋸齒。
3.如權(quán)利要求1所述的立體卡片自動(dòng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟3具體包括步驟301、將所述步驟2保留下來的正方形面沿各自所在的射線方向投影到底面所在的平面上，得到一個(gè)象，將位于該象最外圈的正方形面固定；步驟302、判斷是否存在沒有被固定的正方形面，是則執(zhí)行步驟303，否則結(jié)束；步驟303、對(duì)于還沒有被固定的正方形面，以X軸坐標(biāo)相同作為劃分標(biāo)準(zhǔn)，將沒有被固 定的正方形面劃分為多批正方形面；依次計(jì)算每批正方形面移動(dòng)到連通和穩(wěn)定狀態(tài)所需的 平均移動(dòng)距離；步驟304、選取平均移動(dòng)距離最小的一批正方形面，對(duì)于每一個(gè)正方形面，沿其中心點(diǎn) 所在的所述射線移動(dòng)，使得移動(dòng)后的正方形面與移動(dòng)前的正方形面垂直或平行，移動(dòng)后的 正方形面的中心點(diǎn)仍在所述射線上，且移動(dòng)后的正方形面和已固定的正方形面之間具有連 通性和穩(wěn)定性，然后將移動(dòng)后的正方形面固定下來；執(zhí)行步驟302。
4.如權(quán)利要求3所述的立體卡片自動(dòng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述移動(dòng)距離表示正方 形面沿其中心點(diǎn)所在的所述射線移動(dòng)，使得移動(dòng)后的正方形面與移動(dòng)前的正方形面垂直或 平行，移動(dòng)后的正方形面的中心點(diǎn)仍在所述射線上；移動(dòng)到連通和穩(wěn)定狀態(tài)所需的歐幾里 得距離，每個(gè)正方形面最多只能移動(dòng)一次。
5.如權(quán)利要求3或4所述的立體卡片自動(dòng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述連通和穩(wěn)定狀態(tài) 表示被移動(dòng)的正方形面和已固定的正方形面之間具有連通性，且所述被移動(dòng)的正方形面和 已固定的正方形面整體具有自動(dòng)彈出特性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種立體卡片自動(dòng)設(shè)計(jì)方法，包括將輸入的數(shù)字三維模型體數(shù)據(jù)化的步驟；生成立體卡片的立體造型的步驟；生成立體卡片的步驟。本發(fā)明提供的立體卡片自動(dòng)設(shè)計(jì)方法，通過輸入的數(shù)字三維模型和定義坐標(biāo)，能夠自動(dòng)設(shè)計(jì)出與數(shù)字三維模型相似度極高的立體卡片，節(jié)省了人力物力，且得到的立體卡片具有很好的連通性和穩(wěn)定性，精致美觀。
文檔編號(hào)B42D15/04GK101853321SQ201010194608
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者李先穎, 沈超慧, 胡事民 申請人:清華大學(xué)