本發(fā)明涉及三維模型簡化領(lǐng)域，特別涉及一種基于簡化中軸變換的三維支撐結(jié)構(gòu)生成方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、三維模型支撐結(jié)構(gòu)的生成主要是利用均勻切片的方式，但常規(guī)的切片方法在處理中往往只關(guān)注主軸的選擇和切片數(shù)量，這樣操作利于數(shù)據(jù)處理加工的便捷，而忽視了支撐結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用場景中的需求。

2、目前常見的三維模型切片算法主要包括以下兩種：(1)通過求解網(wǎng)格面片與截平面的交點(diǎn)并連接這些交點(diǎn)生成截面；(2)尋求最佳切片方向，并結(jié)合預(yù)設(shè)的分層厚度生成分層文件。但這兩種方法在確定切片的位置和方向時(shí)，并不考慮模型在不同部位所蘊(yùn)含的語義信息的差異，因此并不能有效地捕獲并提取模型中的重要信息。這一局限性在處理具有復(fù)雜幾何特征和豐富語義信息的模型時(shí)尤為明顯。因此，需要提供一種基于簡化中軸變換的三維支撐結(jié)構(gòu)生成方法和系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于簡化中軸變換的三維支撐結(jié)構(gòu)生成方法。以解決現(xiàn)有技術(shù)中簡化三維模型時(shí)，由于無法準(zhǔn)確提取模型包含的語義信息和幾何特征，導(dǎo)致簡化后的支撐結(jié)構(gòu)與初始的三維模型差異度較大的問題。

2、本發(fā)明提供的一種基于簡化中軸變換的三維支撐結(jié)構(gòu)生成方法，包括：獲取待處理的三維模型；對所述三維模型進(jìn)行中軸變換并簡化處理，獲得多個(gè)中心點(diǎn)，并依據(jù)多個(gè)所述中心點(diǎn)之間的半徑變化幅度構(gòu)建出多個(gè)分支結(jié)構(gòu)；從所述分支結(jié)構(gòu)中篩選出平均半徑最大的分支結(jié)構(gòu)，將其設(shè)定為中心軸，依據(jù)所述中心軸與其余每個(gè)分支結(jié)構(gòu)的不同連接方式，形成不同的主軸；

3、針對每個(gè)主軸進(jìn)行處理：從所述主軸對應(yīng)的各中心點(diǎn)中識(shí)別出所述主軸的特殊中心點(diǎn)，并基于所述特殊中心點(diǎn)和預(yù)設(shè)的切片總量，在所述主軸上對所述三維模型按照對應(yīng)的切片算法進(jìn)行切片，獲得多個(gè)切片；其中，切片為經(jīng)過所述主軸對所述三維模型的剖面；基于各切片，生成所述三維模型對應(yīng)的三維支撐結(jié)構(gòu)，并將生成的結(jié)構(gòu)與所述三維模型進(jìn)行比對獲取重建誤差；所有主軸處理完畢后，依據(jù)重建誤差最小的主軸以及與之對應(yīng)的所有切片，生成所述三維模型最終的三維支撐結(jié)構(gòu)。

4、于本發(fā)明一實(shí)施例中，所述對所述三維模型進(jìn)行中軸變換并簡化處理，獲得多個(gè)中心點(diǎn)，并依據(jù)多個(gè)所述中心點(diǎn)之間的半徑變化幅度構(gòu)建出多個(gè)分支結(jié)構(gòu)，包括：對所述三維模型進(jìn)行中軸變換并簡化處理，獲得多個(gè)中心點(diǎn)；針對每個(gè)中心點(diǎn)：計(jì)算所述中心點(diǎn)與其相鄰中心點(diǎn)之間對應(yīng)半徑的變化幅度，并將半徑變化幅度小于預(yù)設(shè)的幅度閾值對應(yīng)的中心點(diǎn)連接，得到連接的各中心點(diǎn)對應(yīng)的分支結(jié)構(gòu)。

5、于本發(fā)明一實(shí)施例中，所述從所述多個(gè)分支結(jié)構(gòu)中篩選出平均半徑最大的分支結(jié)構(gòu)，將其設(shè)定為中心軸，依據(jù)所述中心軸與其余每個(gè)分支結(jié)構(gòu)的不同連接方式，形成不同的主軸，包括：針對每個(gè)分支結(jié)構(gòu)：依據(jù)其包含的所有中心點(diǎn)的半徑，計(jì)算該分支結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)平均半徑；從所有分支結(jié)構(gòu)中，選擇中心點(diǎn)平均半徑最大的一個(gè)分支結(jié)構(gòu)，將其作為中心軸；將所述中心軸與其余各分支結(jié)構(gòu)相連，形成由所述中心軸和不同分支結(jié)構(gòu)組合的主軸。

6、于本發(fā)明一實(shí)施例中，所述從所述主軸對應(yīng)的各中心點(diǎn)中識(shí)別出所述主軸的特殊中心點(diǎn)，包括：對位于所述主軸上的中心點(diǎn)，篩選與位于所述主軸之外的中心點(diǎn)有連接關(guān)系的中心點(diǎn)，作為分支中心點(diǎn)；將篩選的各分支中心點(diǎn)從所述主軸上的中心點(diǎn)中刪除，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的所述三維模型各個(gè)區(qū)域，從刪除后仍位于所述主軸上的中心點(diǎn)中，選擇半徑最大的中心點(diǎn)作為區(qū)域內(nèi)半徑最大中心點(diǎn)；其中，所述半徑為對應(yīng)的所述中心點(diǎn)到所述三維模型的距離；將各分支中心點(diǎn)和各區(qū)域內(nèi)半徑最大中心點(diǎn)作為所述主軸的特殊中心點(diǎn)。

7、于本發(fā)明一實(shí)施例中，所述基于所述特殊中心點(diǎn)和預(yù)設(shè)的切片總量，在所述主軸上對所述三維模型按照對應(yīng)的切片算法進(jìn)行切片，獲得多個(gè)切片，包括：基于所述主軸，針對各分支中心點(diǎn)對所述三維模型進(jìn)行切片，得到各個(gè)分支中心點(diǎn)對應(yīng)的特殊切片；基于所述主軸，針對各區(qū)域內(nèi)半徑最大中心點(diǎn)對所述三維模型進(jìn)行切片，得到各個(gè)半徑最大中心點(diǎn)對應(yīng)的特殊切片；依據(jù)所述切片總量、分支中心點(diǎn)和半徑最大中心點(diǎn)對應(yīng)的所述特殊切片的數(shù)量，計(jì)算額外切片的數(shù)量；從預(yù)設(shè)的切片算法庫中依序選用其中一種切片算法，根據(jù)額外切片的數(shù)量，在所述主軸上對所述三維模型進(jìn)行切片，得到多個(gè)額外切片，并將多個(gè)所述特殊切片和多個(gè)所述額外切片共同作為所述主軸對應(yīng)的所有切片。

8、于本發(fā)明一實(shí)施例中，所述基于各切片，生成所述三維模型對應(yīng)的三維支撐結(jié)構(gòu)，并將生成的結(jié)構(gòu)與所述三維模型進(jìn)行比對獲取重建誤差，包括：根據(jù)所述主軸以及所述主軸對應(yīng)的所有切片，生成對應(yīng)的初始三維支撐結(jié)構(gòu)；將生成的初始三維支撐結(jié)構(gòu)與所述三維模型進(jìn)行比較，得到所述主軸對應(yīng)的重建誤差。

9、在本發(fā)明的另一方面，還提供了一種基于簡化中軸變換的三維支撐結(jié)構(gòu)生成系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：樣本獲取模塊，用于獲取待處理的三維模型；中軸變換模塊，用于對所述三維模型進(jìn)行中軸變換并簡化處理，獲得多個(gè)中心點(diǎn)，并依據(jù)多個(gè)所述中心點(diǎn)之間的半徑變化幅度構(gòu)建出多個(gè)分支結(jié)構(gòu)；主軸篩選模塊，用于從所述分支結(jié)構(gòu)中篩選出平均半徑最大的分支結(jié)構(gòu)，將其設(shè)定為中心軸，依據(jù)所述中心軸與其余每個(gè)分支結(jié)構(gòu)的不同連接方式，形成不同的主軸；重建模塊，用于針對每個(gè)主軸進(jìn)行處理：從所述主軸對應(yīng)的各中心點(diǎn)中識(shí)別出所述主軸的特殊中心點(diǎn)，并基于所述特殊中心點(diǎn)和預(yù)設(shè)的切片總量，在所述主軸上對所述三維模型按照對應(yīng)的切片算法進(jìn)行切片，獲得多個(gè)切片；其中，切片為經(jīng)過所述主軸對所述三維模型的剖面；基于各切片，生成所述三維模型對應(yīng)的三維支撐結(jié)構(gòu)，并將生成的結(jié)構(gòu)與所述三維模型進(jìn)行比對獲取重建誤差；支撐結(jié)構(gòu)生成模塊，用于所有主軸處理完畢后，依據(jù)重建誤差最小的主軸以及與之對應(yīng)的所有切片，生成所述三維模型最終的三維支撐結(jié)構(gòu)。

10、本發(fā)明提出的一種基于簡化中軸變換的三維支撐結(jié)構(gòu)生成方法和系統(tǒng)。通過中軸變換技術(shù)，從原始三維模型中提取出一組關(guān)鍵的中心點(diǎn)，并依據(jù)這些中心點(diǎn)之間的半徑變化幅度構(gòu)建出多個(gè)分支結(jié)構(gòu)，構(gòu)建的分支結(jié)構(gòu)能夠有效捕捉三維模型的基本幾何特征。將分支結(jié)構(gòu)中平均半徑最大的分支結(jié)構(gòu)作為中心軸，將其與不同的分支結(jié)構(gòu)連接，形成不同的主軸。從主軸對應(yīng)的各中心點(diǎn)中，識(shí)別出對于理解三維模型的關(guān)鍵區(qū)域至關(guān)重要的特殊中心點(diǎn)。根據(jù)預(yù)設(shè)的切片數(shù)量和特殊中心點(diǎn)的數(shù)量，對三維模型進(jìn)行切片，這些切片不僅能提供三維模型的詳細(xì)剖面視圖，還能便于進(jìn)行更深入的結(jié)構(gòu)分析。然后針對每個(gè)主軸：計(jì)算其切片生成的三維支撐結(jié)構(gòu)與原始三維模型的重建誤差，選擇誤差最小的一個(gè)主軸和對應(yīng)的各個(gè)切片，生成原始三維模型最終的三維支撐結(jié)構(gòu)，從而能夠更加準(zhǔn)確合理的表達(dá)原始三維模型的重要特征。

技術(shù)特征：

1.一種基于簡化中軸變換的三維支撐結(jié)構(gòu)生成方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于簡化中軸變換的三維支撐結(jié)構(gòu)生成方法，其特征在于，所述對所述三維模型進(jìn)行中軸變換并簡化處理，獲得多個(gè)中心點(diǎn)，并依據(jù)多個(gè)所述中心點(diǎn)之間的半徑變化幅度構(gòu)建出多個(gè)分支結(jié)構(gòu)，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于簡化中軸變換的三維支撐結(jié)構(gòu)生成方法，其特征在于，所述從所述多個(gè)分支結(jié)構(gòu)中篩選出平均半徑最大的分支結(jié)構(gòu)，將其設(shè)定為中心軸，依據(jù)所述中心軸與其余每個(gè)分支結(jié)構(gòu)的不同連接方式，形成不同的主軸，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于簡化中軸變換的三維支撐結(jié)構(gòu)生成方法，其特征在于，所述從所述主軸對應(yīng)的各中心點(diǎn)中識(shí)別出所述主軸的特殊中心點(diǎn)，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于簡化中軸變換的三維支撐結(jié)構(gòu)生成方法，其特征在于，所述基于所述特殊中心點(diǎn)和預(yù)設(shè)的切片總量，在所述主軸上對所述三維模型按照對應(yīng)的切片算法進(jìn)行切片，獲得多個(gè)切片，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于簡化中軸變換的三維支撐結(jié)構(gòu)生成方法，其特征在于，所述基于各切片，生成所述三維模型對應(yīng)的三維支撐結(jié)構(gòu)，并將生成的結(jié)構(gòu)與所述三維模型進(jìn)行比對獲取重建誤差，包括：

7.一種基于簡化中軸變換的三維支撐結(jié)構(gòu)生成系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及提供一種基于簡化中軸變換的三維支撐結(jié)構(gòu)生成方法和系統(tǒng)，方法包括：獲取待處理的三維模型；對三維模型進(jìn)行中軸變換并簡化處理，獲得多個(gè)中心點(diǎn)，并依據(jù)多個(gè)中心點(diǎn)之間的半徑變化幅度構(gòu)建出多個(gè)分支；針對每個(gè)主軸進(jìn)行處理：從主軸對應(yīng)的各中心點(diǎn)中識(shí)別出主軸的特殊中心點(diǎn)，并基于特殊中心點(diǎn)和預(yù)設(shè)的切片總量，在主軸上對三維模型按照對應(yīng)的切片算法進(jìn)行切片，獲得多個(gè)切片；基于各切片，生成三維模型對應(yīng)的三維支撐結(jié)構(gòu)，并將生成的結(jié)構(gòu)與三維模型進(jìn)行比對獲取重建誤差；所有主軸處理完畢后，依據(jù)重建誤差最小的主軸以及與之對應(yīng)的所有切片，生成三維模型最終的三維支撐結(jié)構(gòu)。本發(fā)明生成的三維支撐結(jié)構(gòu)，與原始三維模型的差異度較小。

技術(shù)研發(fā)人員：曹力,徐宜科,顏?zhàn)欲?劉曉平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30