专利名称：日光温室三维建模方法
技术领域：
本发明涉及计算机三维建模技术领域，尤其涉及一种日光温室三维建模方法。
背景技术：
日光温室是中国特有的温室类型，其建造和运行成本低，生产效益明显高于传统农业生产，在减弱不良天气影响、提高蔬菜产出质量、缓解冬季蔬菜的供需矛盾等方面具有重要意义。日光温室的分类方法及种类很多，其主要差异都体现在日光温室三要素(维护墙体、后屋面和前屋面)上。其中前屋面直接影响到温室采光环境，作为温室的全部采光面， 保证温室内具有足够的光照强度。后屋面和维护墙体与温室蓄热保温息息相关，使温室温度在外部低温条件下也能使室内植物生长。上述的三要素体现在温室结构特征上，又可以概括为“六度三材”，其中“六度”指方位度、跨度、高度、前后屋面角、厚度、长度；“三材，，指的是采光屋面覆盖材料、骨架材料和保温材料。利用这些参数能够确定日光温室主要结构材料、角度和尺度参数。建立日光温室的三维模型，在农业生产环境建模、动画教学、基于温室的仿真计算等应用领域具有广泛的应用价值。目前，根据环境、种植作物的不同，所采用的日光温室结构类型、材料和几何参数存在差异，建立日光温室三维模型的工作十分烦琐。近年来，计算机和信息技术在日光温室相关的研发、设计、管理等方面已有一些应用，然而，针对日光温室的现实需求，仍然缺乏有针对性的三维建模方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是提供一种日光温室三维建模方法，其能够针对日光温室进行三维建模，操作简单方便，利于日光温室的推广和应用。( 二 )技术方案为解决上述问题，本发明提供了一种日光温室三维建模方法，包括以下步骤A 建立参数坐标系，获取日光温室三维模型的主参数；B:确定日光温室的拓扑结构，将日光温室按照结构功能关系划分为若干单组件或复合组件，并建立每个单组件的三维几何模型；C 将所获取的主参数和所确定的拓扑结构信息保存为日光温室模板；D 利用主参数驱动方法对日光温室的拓扑结构、几何、纹理、材质进行修改和细节设计；E 利用带约束参数驱动方法对日光温室的组件进行结构和细节调整。其中，单组件为建模的最小对象，可以是各种形状、样式的几何实体，而复合组件是由若干单组件或者其它复合组件组成。优选地，所述步骤A中，建立参数坐标系包括建立主参数坐标系和辅助坐标系。
优选地，所述建立主参数坐标系包括以温室前屋面朝向为X轴，温室长度方向为 Y轴，按照右手法则建立；所述建立辅助坐标系包括以每个单组件为研究对象，取其最小包围盒中顶点坐标最小值点作为辅助坐标原点，坐标轴方向与主参数坐标轴方向一致。优选地，所述步骤A中，获取日光温室三维模型的主参数包括获取包括日光温室三维模型的六度三材在内的特征参数。其中，“六度”是指方位角度、跨度、高度、前后屋面角度、厚度和长度，这些参数是温室结构的主参数；“三材”是指采光屋面覆盖材料、骨架材料、保温材料等，这些材料类型中包含了其物理参数和可用于温室可视化的材质纹理参数。优选地，所述步骤B中，将日光温室按照结构功能关系划分为若干单组件或复合组件包括将日光温室分解为5个复合组件围护结构、温室屋面结构、工作间结构、地面结构和附属组件。优选地，所述步骤B中，建立每个单组件的三维几何模型包括对于外观规则的单组件，使用立方体表示其几何构造，对于外观不规则单组件，使用多个有序关键点并将它们连接，而后采用B样条自动插值生成其三维形状。优选地，所述步骤D中，所述主参数驱动方法包括使用获取的所述主参数和材质、纹理参数建立日光温室三维模型，然后通过参数交互方式修改日光温室的整体形状和可视化效果。优选地，所述步骤D中，所述带约束参数驱动方法包括在辅助坐标系下改变日光温室各组件的几何形状和位置，并将修改后的组件参数映射到主参数坐标系下，实现对参数修改的动态约束。(三)有益效果本发明结合参数化和交互式的三维建模方式构建日光温室三维模型，操作简单方便，有利于日光温室的推广和应用；本发明采用材质设置和纹理贴图等真实感显示技术实时真实显示当前设计的温室模型，也可使温室设计过程更加形象直观。
图1为本发明实施方式中所述日光温室三维建模方法的流程图；图2为本发明实施方式中所述日光温室三维建模方法确定的日光温室的拓扑结构。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。如图1所示，本发明所述的日光温室三维建模方法，包括以下步骤A 建立参数坐标系，获取日光温室三维模型的主参数；本步骤中，建立参数坐标系包括建立主参数坐标系和辅助坐标系。获取日光温室三维模型的主参数包括获取包括日光温室三维模型的六度三材在内的特征参数。优选地，所述建立主参数坐标系包括以温室前屋面朝向为X轴，温室长度方向为 Y轴，按照右手法则建立；所述建立辅助坐标系包括以每个单组件为研究对象，取其最小包围盒中顶点坐标最小值点作为辅助坐标原点，坐标轴方向与主参数坐标轴方向一致。其中，“六度”是指方位角度、跨度、高度、前后屋面角度、厚度和长度，这些参数是温室结构的主参数；“三材”是指采光屋面覆盖材料、骨架材料、保温材料等，这些材料类型中包含了其物理参数和可用于温室可视化的材质纹理参数。B:确定日光温室的拓扑结构，将日光温室按照结构功能关系划分为若干单组件或复合组件，并建立每个单组件的三维几何模型；本步骤中，可以将日光温室分解为5个复合组件围护结构、温室屋面结构、工作间结构、地面结构和附属组件。如图2所示。优选地，建立每个单组件的三维几何模型包括对于外观规则的单组件，使用立方体表示其几何构造，对于外观不规则单组件，使用多个有序关键点并将它们连接，而后采用 B样条自动插值生成其三维形状。C 将所获取的主参数和所确定的拓扑结构信息保存为日光温室模板；D 利用主参数驱动方法对日光温室的拓扑结构、几何、纹理、材质进行修改和细节设计；本步骤中，所述主参数驱动方法包括使用获取的所述主参数和材质、纹理参数建立日光温室三维模型，然后通过参数交互方式修改日光温室的整体形状和可视化效果。本步骤中，所述带约束参数驱动方法包括在辅助坐标系下改变日光温室各组件的几何形状和位置，并将修改后的组件参数映射到主参数坐标系下，实现对参数修改的动态约束。E 利用带约束参数驱动方法对日光温室的组件进行结构和细节调整。其中，单组件为建模的最小对象，可以是各种形状、样式的几何实体，而复合组件是由若干单组件或者其它复合组件组成。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
1.一种日光温室三维建模方法，其特征在于，包括以下步骤A 建立参数坐标系，获取日光温室三维模型的主参数；B:确定日光温室的拓扑结构，将日光温室按照结构功能关系划分为若干单组件或复合组件，并建立每个单组件的三维几何模型；C 将所获取的主参数和所确定的拓扑结构信息保存为日光温室模板；D 利用主参数驱动方法对日光温室的拓扑结构、几何、纹理、材质进行修改和细节设计；E 利用带约束参数驱动方法对日光温室的组件进行结构和细节调整。
2.在权利要求1所述的日光温室三维建模方法，其特征在于，所述步骤A中，建立参数坐标系包括建立主参数坐标系和辅助坐标系。
3.在权利要求2所述的日光温室三维建模方法，其特征在于，所述建立主参数坐标系包括以温室前屋面朝向为X轴，温室长度方向为Y轴，按照右手法则建立；所述建立辅助坐标系包括以每个单组件为研究对象，取其最小包围盒中顶点坐标最小值点作为辅助坐标原点，坐标轴方向与主参数坐标轴方向一致。
4.在权利要求1所述的日光温室三维建模方法，其特征在于，所述步骤A中，获取日光温室三维模型的主参数包括获取包括日光温室三维模型的六度三材在内的特征参数。
5.在权利要求1所述的日光温室三维建模方法，其特征在于，所述步骤B中，将日光温室按照结构功能关系划分为若干单组件或复合组件包括将日光温室分解为5个复合组件围护结构、温室屋面结构、工作间结构、地面结构和附属组件。
6.在权利要求1所述的日光温室三维建模方法，其特征在于，所述步骤B中，建立每个单组件的三维几何模型包括对于外观规则的单组件，使用立方体表示其几何构造，对于外观不规则单组件，使用多个有序关键点并将它们连接，而后采用B样条自动插值生成其三维形状。
7.在权利要求1所述的日光温室三维建模方法，其特征在于，所述步骤D中，所述主参数驱动方法包括使用获取的所述主参数和材质、纹理参数建立日光温室三维模型，然后通过参数交互方式修改日光温室的整体形状和可视化效果。
8.在权利要求1所述的日光温室三维建模方法，其特征在于，所述步骤D中，所述带约束参数驱动方法包括在辅助坐标系下改变日光温室各组件的几何形状和位置，并将修改后的组件参数映射到主参数坐标系下，实现对参数修改的动态约束。
全文摘要
本发明公开了一种日光温室三维建模方法，涉及计算机三维建模技术领域，包括以下步骤A建立参数坐标系，获取日光温室三维模型的主参数；B确定日光温室的拓扑结构，将日光温室按照结构功能关系划分为若干单组件或复合组件，并建立每个单组件的三维几何模型；C将所获取的主参数和所确定的拓扑结构信息保存为日光温室模板；D利用主参数驱动方法对日光温室的拓扑结构、几何、纹理、材质进行修改和细节设计；E利用带约束参数驱动方法对日光温室的组件进行结构和细节调整。本发明能够针对日光温室进行三维建模，操作简单方便，利于日光温室的推广和应用。
文档编号G06T17/00GK102324105SQ20111028136
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者吴升, 杜建军, 王传宇, 赵春江, 郭新宇 申请人:北京农业信息技术研究中心