一種交互式計(jì)算機(jī)輔助折紙?jiān)O(shè)計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)交互設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種交互式計(jì)算機(jī)輔助折紙?jiān)O(shè)計(jì)方法。該交互式計(jì)算機(jī)輔助折紙?jiān)O(shè)計(jì)方法包括以下步驟：輸入三維模型；提取所述三維模型的三維骨架；根據(jù)所述三維骨架，將所述三維模型分解成具有語(yǔ)義的多個(gè)基本體；用幾何體擬合所述多個(gè)基本體，找到與每個(gè)基本體對(duì)應(yīng)的相似幾何體；調(diào)整所述相似幾何體之間需要連接的連接面。采用本發(fā)明提供的設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生的折紙樣式是允許剪裁和粘貼的，較于傳統(tǒng)不剪裁的單張折紙樣式的高難度、高復(fù)雜度方式更適合普通用戶，特別適合兒童。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種交互式計(jì)算機(jī)輔助折紙?jiān)O(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及計(jì)算機(jī)交互設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種交互式計(jì)算機(jī)輔助折紙?jiān)O(shè)計(jì)方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 折紙是一種起源于東亞的祭祀藝術(shù)，最為廣泛流傳的是日式折紙"化igami"，是使 用一張普通的平面紙?jiān)诓患舨貌徽迟N的情況下折疊成=維模型。雖然現(xiàn)代很多折紙藝術(shù)大 師已經(jīng)可W僅憑一張紙就能折出視覺(jué)上非常令人驚艷的折紙?jiān)煨?，但該種藝術(shù)具有極高的 難度和復(fù)雜度，并不適合普通大眾，特別適合兒童。
[0003] 基于計(jì)算機(jī)輔助的折紙學(xué)已然成為一個(gè)活躍的多學(xué)科研究領(lǐng)域，包括數(shù)學(xué)、藝術(shù) W及計(jì)算機(jī)科學(xué)。但是，大部分的研究工作都是集中在如何生成復(fù)雜的、有藝術(shù)性的=維折 紙樣式，或者應(yīng)用數(shù)學(xué)原理分析某些特定的設(shè)計(jì)。很少有人關(guān)屯、如何為哪些沒(méi)有高超折紙 技術(shù)的普通人開(kāi)發(fā)一種適用性強(qiáng)的折紙?jiān)O(shè)計(jì)系統(tǒng)。此外，現(xiàn)有的交互式計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)都 是為具有一定專(zhuān)業(yè)知識(shí)的藝術(shù)家或者成年愛(ài)好者設(shè)計(jì)的，而不適用于不具備該些技能的普 通大眾，特別適合兒童。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種交互式計(jì)算機(jī)輔助折紙?jiān)O(shè)計(jì)方法，可W幫 助幾乎沒(méi)有專(zhuān)業(yè)知識(shí)的用戶將任意=維模型制作成容易折疊的折紙樣式。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種交互式計(jì)算機(jī)輔助折紙?jiān)O(shè)計(jì)方法，包 括W下步驟：
[0006] 輸入S維模型；
[0007] 提取所述=維模型的=維骨架；
[000引根據(jù)所述=維骨架，將所述=維模型分解成具有語(yǔ)義的多個(gè)基本體；
[0009] 用幾何體擬合所述多個(gè)基本體，找到與每個(gè)基本體對(duì)應(yīng)的相似幾何體；
[0010] 調(diào)整所述相似幾何體之間需要連接的連接面；
[0011] 展開(kāi)所述調(diào)整后的所述相似幾何體得到近似所述=維模型的折紙樣式。
[0012] 優(yōu)選地，所述S維模型為S維網(wǎng)格模型。
[0013] 優(yōu)選地，所述=維骨架包括；僅連接一段骨骼的端關(guān)節(jié)、連接兩段不同指向骨骼的 L型關(guān)節(jié)W及連接兩段W上不同指向骨骼的星形關(guān)節(jié)。
[0014] 優(yōu)選地，所述根據(jù)所述=維骨架，將所述=維模型分解成具有語(yǔ)義的多個(gè)基本體 的步驟具體包括：
[0015] 根據(jù)所述=維骨架，在L型關(guān)節(jié)處生成兩個(gè)不相交的切割面將所述=維模型分割 成為兩部分；
[0016] 在與所述切割面相交的S角面片中，找到與所述L型關(guān)節(jié)最近的S角面片；
[0017] 找到與所述切割面相交且與所述L型關(guān)節(jié)最近的所述=角面片相連的所有=角 面片；
[0018] 與所述L型關(guān)節(jié)最近的所述S角面片相連的所有S角面片形成S角面片環(huán)；
[0019] 所述=角面片環(huán)在所述L型處將所述=維模型分割成為兩部分。
[0020] 優(yōu)選地，根據(jù)所述=維骨架，在L型關(guān)節(jié)處生成兩個(gè)相交的切割面將所述=維模 型分割成為兩部分，對(duì)兩個(gè)相交的切割面的方向進(jìn)行逐步迭代調(diào)整，直至兩個(gè)切割面在所 述=維模型內(nèi)部不相交。
[0021] 優(yōu)選地，所述用幾何體擬合所述多個(gè)基本體，找到與每個(gè)基本體對(duì)應(yīng)的相似幾何 體步驟包括；確定所述幾何體方向；重建所述幾何體表面；W及根據(jù)所述幾何體方向、所述 幾何體表面擬合生成所述相似幾何體。
[0022] 優(yōu)選地，在所述確定所述幾何體方向的步驟包括：檢查各所述基本體中的=維骨 架結(jié)構(gòu)，若包含所述星形關(guān)節(jié)，所述幾何體方向采用主成分分析法確定所述幾何體的=個(gè) 軸向。
[0023] 優(yōu)選地，在所述確定所述幾何體方向的步驟包括；檢查各所述基本體中的所述= 維骨架結(jié)構(gòu)，若只包含一段骨骼，采用所述骨骼的方向?yàn)橹饕较?，另兩個(gè)軸向采用二維的 主成分分析法進(jìn)行確定。
[0024] 優(yōu)選地，所述重建所述幾何體表面的步驟具體包括：
[0025] 在確定方向的所述幾何體立個(gè)軸向上確定全局方向包圍盒；
[0026] 在所述=個(gè)軸向上采用等距的切割面將所述基本體分解成多個(gè)組件；
[0027] 確定分解后的所述多個(gè)組件的局部方向包圍盒；
[002引將所述局部方向包圍盒擬合生成所述幾何體表面。
[0029] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明提供的交互式計(jì)算機(jī)輔助折紙?jiān)O(shè) 計(jì)方法將高分辨率的=維網(wǎng)格模型作為系統(tǒng)輸入，在用戶的交互指導(dǎo)下生成一系列折紙樣 式。該些折紙樣式能夠很輕松地被折疊成基本的=維組件，例如立方體截錐或者其他六面 體，然后將該些基本組件黏在一起就能做出與輸入的=維模型外形近似的折紙模型。采用 本發(fā)明提供的設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生的折紙樣式是允許剪裁和粘貼的，較于傳統(tǒng)不剪裁的單張折紙 樣式的高難度、高復(fù)雜度方式更適合普通用戶，特別適合兒童。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的交互式計(jì)算機(jī)輔助折紙?jiān)O(shè)計(jì)方法的方法流程圖；
[0031] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的S維骨架中的關(guān)節(jié)示意圖；
[0032] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的截錐方向的確定示意圖；
[0033] 圖4a、圖4b、圖4c、圖4d是本發(fā)明實(shí)施例提供的將基本體擬合截錐的過(guò)程示意 圖；
[0034] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的連接表面的調(diào)整示意圖。
[0035] 圖6a、圖化、圖6c、圖6d、圖6e、圖6f是本發(fā)明實(shí)施例提供的交互式計(jì)算機(jī)輔助折 紙?jiān)O(shè)計(jì)方法的系統(tǒng)處理流程；

【具體實(shí)施方式】
[0036] 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。W下實(shí)施例 用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0037] 如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的交互式計(jì)算機(jī)輔助折紙?jiān)O(shè)計(jì)方法的方法流程 圖。
[003引本發(fā)明提供的一種交互式計(jì)算機(jī)輔助折紙?jiān)O(shè)計(jì)方法，包括W下步驟；S1、輸入=維 模型；S2、提取=維模型的=維骨架；S3、根據(jù)=維骨架，將=維模型分解成具有語(yǔ)義的多 個(gè)基本體；S4、用幾何體擬合多個(gè)基本體，找到與每個(gè)基本體對(duì)應(yīng)的相似幾何體；S5、調(diào)整 相似幾何體之間需要連接的連接面；S6、展開(kāi)調(diào)整后的相似幾何體得到近似=維模型的折 紙樣式。
[0039] 進(jìn)一步地，將=維網(wǎng)格模型作為輸入，提取=維網(wǎng)格模型的=維骨架，并在用戶的 必要指導(dǎo)下，根據(jù)上述=維骨架將=維網(wǎng)格模型分解成有語(yǔ)義信息的基本體。用幾何體擬 合近似=維網(wǎng)格模型的每個(gè)基本體找到與每個(gè)基本體對(duì)應(yīng)的相似幾何體，本實(shí)施例中的幾 何體W預(yù)先定義的可折疊多面體-立方體截錐為例，但并不W此為限。有必要時(shí)，進(jìn)一步矯 正相鄰的立方體截錐的連接面，W確保能夠良好穩(wěn)定地粘貼。最后，將該些立方體截錐展開(kāi) 成二維可折疊的模式，并將可W指導(dǎo)折疊的折痕打印出來(lái)。該些折紙樣式都可W很容易地 被剪開(kāi)、折疊、粘貼，產(chǎn)生一個(gè)近似原始=維模型的折紙模型。
[0040] 進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例提供的設(shè)計(jì)方法采用預(yù)先定義的可折疊多面體-立方體 截錐，擬合近似=維網(wǎng)格模型的每個(gè)基本體。該是因?yàn)閷⑴c樂(lè)高積木相似的立方體截錐作 為基本的折疊樣式非常適合兒童使用，除此之外，對(duì)每一塊骨骼均使用一個(gè)立方體來(lái)近似 也是比較合理的。并且，該種立方體截錐與樂(lè)高積木也是非常相似，適合大多數(shù)的幼兒使 用。使用立方體截錐H來(lái)近似一個(gè)基本體，需最小化如下的相似誤差：
[0041]

【權(quán)利要求】
1. 一種交互式計(jì)算機(jī)輔助折紙?jiān)O(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟： 輸入三維模型； 提取所述三維模型的三維骨架； 根據(jù)所述三維骨架，將所述三維模型分解成具有語(yǔ)義的多個(gè)基本體； 用幾何體擬合所述多個(gè)基本體，找到與每個(gè)基本體對(duì)應(yīng)的相似幾何體； 調(diào)整所述相似幾何體之間需要連接的連接面； 展開(kāi)所述調(diào)整后的所述相似幾何體得到近似所述三維模型的折紙樣式。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交互式計(jì)算機(jī)輔助折紙?jiān)O(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述三維模 型為三維網(wǎng)格模型。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交互式計(jì)算機(jī)輔助折紙?jiān)O(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述三維骨 架包括：僅連接一段骨骼的端關(guān)節(jié)、連接兩段不同指向骨骼的L型關(guān)節(jié)以及連接兩段以上 不同指向骨骼的星形關(guān)節(jié)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的交互式計(jì)算機(jī)輔助折紙?jiān)O(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述根據(jù)所 述三維骨架，將所述三維模型分解成具有語(yǔ)義的多個(gè)基本體的步驟具體包括： 根據(jù)所述三維骨架，在L型關(guān)節(jié)處生成兩個(gè)不相交的切割面將所述三維模型分割成為 兩部分； 在與所述切割面相交的三角面片中，找到與所述L型關(guān)節(jié)最近的三角面片； 找到與所述切割面相交且與所述L型關(guān)節(jié)最近的所述三角面片相連的所有三角面片； 與所述L型關(guān)節(jié)最近的所述三角面片相連的所有三角面片形成三角面片環(huán)； 所述三角面片環(huán)在所述L型處將所述三維模型分割成為兩部分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的交互式計(jì)算機(jī)輔助折紙?jiān)O(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述生成兩 個(gè)不相交的切割面的步驟具體包括： 根據(jù)所述三維骨架，在L型關(guān)節(jié)處生成兩個(gè)相交的切割面將所述三維模型分割成為兩 部分，對(duì)兩個(gè)相交的切割面的方向進(jìn)行逐步迭代調(diào)整，直至兩個(gè)切割面在所述三維模型內(nèi) 部不相交。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的交互式計(jì)算機(jī)輔助折紙?jiān)O(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述用幾何 體擬合所述多個(gè)基本體，找到與每個(gè)基本體對(duì)應(yīng)的相似幾何體步驟包括：確定所述幾何體 方向；重建所述幾何體表面；以及根據(jù)所述幾何體方向、所述幾何體表面擬合生成所述相 似幾何體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的交互式計(jì)算機(jī)輔助折紙?jiān)O(shè)計(jì)方法，其特征在于，在所述確定 所述幾何體方向的步驟包括：檢查各所述基本體中的三維骨架結(jié)構(gòu)，若包含所述星形關(guān)節(jié)， 所述幾何體方向采用主成分分析法確定所述幾何體的三個(gè)軸向。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的交互式計(jì)算機(jī)輔助折紙?jiān)O(shè)計(jì)方法，其特征在于，在所述確定 所述幾何體方向的步驟包括：檢查各所述基本體中的所述三維骨架結(jié)構(gòu)，若只包含一段骨 骼，采用所述骨骼的方向?yàn)橹饕较?，另兩個(gè)軸向采用二維的主成分分析法進(jìn)行確定。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6-8任一項(xiàng)所述的交互式計(jì)算機(jī)輔助折紙?jiān)O(shè)計(jì)方法，其特征在于，所 述重建所述幾何體表面的步驟具體包括： 在確定方向的所述幾何體三個(gè)軸向上確定全局方向包圍盒； 在所述三個(gè)軸向上采用等距的切割面將所述基本體分解成多個(gè)組件； 確定分解后的所述多個(gè)組件的局部方向包圍盒； 將所述局部方向包圍盒擬合生成所述幾何體表面。
【文檔編號(hào)】G06T19/00GK104504202SQ201410815053
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】龔江濤, 徐迎慶 申請(qǐng)人:清華大學(xué)