一种交互式计算机辅助折纸设计方法
【专利摘要】本发明涉及计算机交互设计领域，尤其涉及一种交互式计算机辅助折纸设计方法。该交互式计算机辅助折纸设计方法包括以下步骤：输入三维模型；提取所述三维模型的三维骨架；根据所述三维骨架，将所述三维模型分解成具有语义的多个基本体；用几何体拟合所述多个基本体，找到与每个基本体对应的相似几何体；调整所述相似几何体之间需要连接的连接面。采用本发明提供的设计方法产生的折纸样式是允许剪裁和粘贴的，较于传统不剪裁的单张折纸样式的高难度、高复杂度方式更适合普通用户，特别适合儿童。
【专利说明】-种交互式计算机辅助折纸设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及计算机交互设计领域，尤其设及一种交互式计算机辅助折纸设计方 法。
【背景技术】
[0002] 折纸是一种起源于东亚的祭祀艺术，最为广泛流传的是日式折纸"化igami"，是使 用一张普通的平面纸在不剪裁不粘贴的情况下折叠成=维模型。虽然现代很多折纸艺术大 师已经可W仅凭一张纸就能折出视觉上非常令人惊艳的折纸造型，但该种艺术具有极高的 难度和复杂度，并不适合普通大众，特别适合儿童。
[0003] 基于计算机辅助的折纸学已然成为一个活跃的多学科研究领域，包括数学、艺术 W及计算机科学。但是，大部分的研究工作都是集中在如何生成复杂的、有艺术性的=维折 纸样式，或者应用数学原理分析某些特定的设计。很少有人关屯、如何为哪些没有高超折纸 技术的普通人开发一种适用性强的折纸设计系统。此外，现有的交互式计算机设计系统都 是为具有一定专业知识的艺术家或者成年爱好者设计的，而不适用于不具备该些技能的普 通大众，特别适合儿童。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供了一种交互式计算机辅助折纸设计方法，可W帮 助几乎没有专业知识的用户将任意=维模型制作成容易折叠的折纸样式。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种交互式计算机辅助折纸设计方法，包 括W下步骤：
[0006] 输入S维模型；
[0007] 提取所述=维模型的=维骨架；
[000引根据所述=维骨架，将所述=维模型分解成具有语义的多个基本体；
[0009] 用几何体拟合所述多个基本体，找到与每个基本体对应的相似几何体；
[0010] 调整所述相似几何体之间需要连接的连接面；
[0011] 展开所述调整后的所述相似几何体得到近似所述=维模型的折纸样式。
[0012] 优选地，所述S维模型为S维网格模型。
[0013] 优选地，所述=维骨架包括；仅连接一段骨骼的端关节、连接两段不同指向骨骼的 L型关节W及连接两段W上不同指向骨骼的星形关节。
[0014] 优选地，所述根据所述=维骨架，将所述=维模型分解成具有语义的多个基本体 的步骤具体包括：
[0015] 根据所述=维骨架，在L型关节处生成两个不相交的切割面将所述=维模型分割 成为两部分；
[0016] 在与所述切割面相交的S角面片中，找到与所述L型关节最近的S角面片；
[0017] 找到与所述切割面相交且与所述L型关节最近的所述=角面片相连的所有=角 面片；
[0018] 与所述L型关节最近的所述S角面片相连的所有S角面片形成S角面片环；
[0019] 所述=角面片环在所述L型处将所述=维模型分割成为两部分。
[0020] 优选地，根据所述=维骨架，在L型关节处生成两个相交的切割面将所述=维模 型分割成为两部分，对两个相交的切割面的方向进行逐步迭代调整，直至两个切割面在所 述=维模型内部不相交。
[0021] 优选地，所述用几何体拟合所述多个基本体，找到与每个基本体对应的相似几何 体步骤包括；确定所述几何体方向；重建所述几何体表面；W及根据所述几何体方向、所述 几何体表面拟合生成所述相似几何体。
[0022] 优选地，在所述确定所述几何体方向的步骤包括：检查各所述基本体中的=维骨 架结构，若包含所述星形关节，所述几何体方向采用主成分分析法确定所述几何体的=个 轴向。
[0023] 优选地，在所述确定所述几何体方向的步骤包括；检查各所述基本体中的所述= 维骨架结构，若只包含一段骨骼，采用所述骨骼的方向为主要方向，另两个轴向采用二维的 主成分分析法进行确定。
[0024] 优选地，所述重建所述几何体表面的步骤具体包括：
[0025] 在确定方向的所述几何体立个轴向上确定全局方向包围盒；
[0026] 在所述=个轴向上采用等距的切割面将所述基本体分解成多个组件；
[0027] 确定分解后的所述多个组件的局部方向包围盒；
[002引将所述局部方向包围盒拟合生成所述几何体表面。
[0029] 本发明的上述技术方案具有如下优点；本发明提供的交互式计算机辅助折纸设 计方法将高分辨率的=维网格模型作为系统输入，在用户的交互指导下生成一系列折纸样 式。该些折纸样式能够很轻松地被折叠成基本的=维组件，例如立方体截锥或者其他六面 体，然后将该些基本组件黏在一起就能做出与输入的=维模型外形近似的折纸模型。采用 本发明提供的设计方法产生的折纸样式是允许剪裁和粘贴的，较于传统不剪裁的单张折纸 样式的高难度、高复杂度方式更适合普通用户，特别适合儿童。
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 图1是本发明实施例提供的交互式计算机辅助折纸设计方法的方法流程图；
[0031] 图2是本发明实施例提供的S维骨架中的关节示意图；
[0032] 图3是本发明实施例提供的截锥方向的确定示意图；
[0033] 图4a、图4b、图4c、图4d是本发明实施例提供的将基本体拟合截锥的过程示意 图；
[0034] 图5是本发明实施例提供的连接表面的调整示意图。
[0035] 图6a、图化、图6c、图6d、图6e、图6f是本发明实施例提供的交互式计算机辅助折 纸设计方法的系统处理流程；
【具体实施方式】
[0036] 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。W下实施例 用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0037] 如图1所示，为本发明实施例提供的交互式计算机辅助折纸设计方法的方法流程 图。
[003引本发明提供的一种交互式计算机辅助折纸设计方法，包括W下步骤；S1、输入=维 模型；S2、提取=维模型的=维骨架；S3、根据=维骨架，将=维模型分解成具有语义的多 个基本体；S4、用几何体拟合多个基本体，找到与每个基本体对应的相似几何体；S5、调整 相似几何体之间需要连接的连接面；S6、展开调整后的相似几何体得到近似=维模型的折 纸样式。
[0039] 进一步地，将=维网格模型作为输入，提取=维网格模型的=维骨架，并在用户的 必要指导下，根据上述=维骨架将=维网格模型分解成有语义信息的基本体。用几何体拟 合近似=维网格模型的每个基本体找到与每个基本体对应的相似几何体，本实施例中的几 何体W预先定义的可折叠多面体-立方体截锥为例，但并不W此为限。有必要时，进一步矫 正相邻的立方体截锥的连接面，W确保能够良好稳定地粘贴。最后，将该些立方体截锥展开 成二维可折叠的模式，并将可W指导折叠的折痕打印出来。该些折纸样式都可W很容易地 被剪开、折叠、粘贴，产生一个近似原始=维模型的折纸模型。
[0040] 进一步地，本发明实施例提供的设计方法采用预先定义的可折叠多面体-立方体 截锥，拟合近似=维网格模型的每个基本体。该是因为将与乐高积木相似的立方体截锥作 为基本的折叠样式非常适合儿童使用，除此之外，对每一块骨骼均使用一个立方体来近似 也是比较合理的。并且，该种立方体截锥与乐高积木也是非常相似，适合大多数的幼儿使 用。使用立方体截锥H来近似一个基本体，需最小化如下的相似误差：
[0041]
【权利要求】
1. 一种交互式计算机辅助折纸设计方法，其特征在于，包括以下步骤： 输入三维模型； 提取所述三维模型的三维骨架； 根据所述三维骨架，将所述三维模型分解成具有语义的多个基本体； 用几何体拟合所述多个基本体，找到与每个基本体对应的相似几何体； 调整所述相似几何体之间需要连接的连接面； 展开所述调整后的所述相似几何体得到近似所述三维模型的折纸样式。
2. 根据权利要求1所述的交互式计算机辅助折纸设计方法，其特征在于，所述三维模 型为三维网格模型。
3. 根据权利要求1所述的交互式计算机辅助折纸设计方法，其特征在于，所述三维骨 架包括：仅连接一段骨骼的端关节、连接两段不同指向骨骼的L型关节以及连接两段以上 不同指向骨骼的星形关节。
4. 根据权利要求3所述的交互式计算机辅助折纸设计方法，其特征在于，所述根据所 述三维骨架，将所述三维模型分解成具有语义的多个基本体的步骤具体包括： 根据所述三维骨架，在L型关节处生成两个不相交的切割面将所述三维模型分割成为 两部分； 在与所述切割面相交的三角面片中，找到与所述L型关节最近的三角面片； 找到与所述切割面相交且与所述L型关节最近的所述三角面片相连的所有三角面片； 与所述L型关节最近的所述三角面片相连的所有三角面片形成三角面片环； 所述三角面片环在所述L型处将所述三维模型分割成为两部分。
5. 根据权利要求4所述的交互式计算机辅助折纸设计方法，其特征在于，所述生成两 个不相交的切割面的步骤具体包括： 根据所述三维骨架，在L型关节处生成两个相交的切割面将所述三维模型分割成为两 部分，对两个相交的切割面的方向进行逐步迭代调整，直至两个切割面在所述三维模型内 部不相交。
6. 根据权利要求5所述的交互式计算机辅助折纸设计方法，其特征在于，所述用几何 体拟合所述多个基本体，找到与每个基本体对应的相似几何体步骤包括：确定所述几何体 方向；重建所述几何体表面；以及根据所述几何体方向、所述几何体表面拟合生成所述相 似几何体。
7. 根据权利要求6所述的交互式计算机辅助折纸设计方法，其特征在于，在所述确定 所述几何体方向的步骤包括：检查各所述基本体中的三维骨架结构，若包含所述星形关节， 所述几何体方向采用主成分分析法确定所述几何体的三个轴向。
8. 根据权利要求6所述的交互式计算机辅助折纸设计方法，其特征在于，在所述确定 所述几何体方向的步骤包括：检查各所述基本体中的所述三维骨架结构，若只包含一段骨 骼，采用所述骨骼的方向为主要方向，另两个轴向采用二维的主成分分析法进行确定。
9. 根据权利要求6-8任一项所述的交互式计算机辅助折纸设计方法，其特征在于，所 述重建所述几何体表面的步骤具体包括： 在确定方向的所述几何体三个轴向上确定全局方向包围盒； 在所述三个轴向上采用等距的切割面将所述基本体分解成多个组件； 确定分解后的所述多个组件的局部方向包围盒； 将所述局部方向包围盒拟合生成所述几何体表面。
【文档编号】G06T19/00GK104504202SQ201410815053
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月23日 优先权日:2014年12月23日
【发明者】龚江涛, 徐迎庆 申请人:清华大学