用于将3D几何结构推断到2D草图上的方法与流程

本发明涉及计算机程序和系统的领域，并且更具体地涉及用于在三维(3d)场景中设计3d建模对象的计算机实现的方法的领域。特别地，本发明属于草绘(sketching)领域。本发明可用于任何基于三维的cad软件。

背景技术：

1、2d草绘和3d建模是工业设计的两个主要步骤。通常首先进行草绘，因为它允许设计者快速且近似地表达他们的视觉。然后使用提供高精度和可编辑性的cad工具将设计草图转换为用于下游工程和制造的3d模型。

2、然而，设计草绘和cad建模通常由具有不同技能的不同专家执行，使得设计迭代繁琐、昂贵且耗时。实际上，从2d草图开始计算3d模型不是一项容易的任务。根据为输入的2d草图选择的视角和透视，可能难以找到用户想要的3d模型。

3、例如，矩形的2d草图可能是3d圆柱体(来自前视图)或长方体(来自任何规范视图)的表示。此外，2d草图(sketch)可能未被精确地绘制，因为其线条可能不平滑或不直，或者其透视可能不忠实于现实。这些不精确性使得这个问题更难解决。在现有技术中，不同的方法试图解决这个问题。

4、在“sketch2cad”(“sketch2cad:sequential cad modeling by sketching incontext”，acm trans.graph.，vol.39，no.6，article 164.，december 2020)中，用户通过草绘期望的形状编辑来创建对象，这些形状编辑被自动转换为cad操作。基于现有形状并基于与预定义操作符(operator)相对应的输入草图笔划，来产生经更新的模型。sketch2cad中支持的操作符如下：面挤压、角的斜切、正多面体的加/减、以及圆柱形的扫描。

5、使用操作符类型，经由优化过程来选择现有形状和曲线分割图的基面，基于该基面来拟合定义操作符的参数。然而，sketch2cad具有若干缺点。在能够推断经更新的模型之前，必须完全地绘制操作符的输入草图笔划：没有渐进的反馈。

6、因此，如果用户对经更新的模型不满意，则他只能通过对文本文件中操作符参数的繁琐编辑(例如，“addsweepshape:<plane 1，length 0.23>)来校正经推断的cad指令，这对于非专家用户来说可能是复杂的。此外，一些操作符(诸如右多面体的加/减)需要三维中的复杂输入草图笔划，这对于非专家用户来说可能不是快速可行的。

7、专利申请ep3958162a1公开了一种3d设计的方法，其中，神经网络将2d草图作为输入，并输出由2d草图表示的3d模型。由于神经网络是针对具有共同结构和/或功能特征的一类对象进行学习的，因此基于单个2d草图来推断(即，计算)3d模型。因此，不需要完全绘制草图。

8、2d草图被渲染在屏幕的平面上，并且经推断的3d模型被渲染在2d草图旁边的3d场景中(参见上述专利申请的图10、11和12)。

9、在推断过程期间，2d草图被连续裁剪和调整大小，使得神经网络的输入总是居中的并且具有256×256像素的恒定大小。因此，经推断的3d模型既不考虑2d草图的大小也不考虑其在3d场景中的位置。

10、因此，为了在同一屏幕上匹配2d草图和3d模型，将需要在3d场景中对3d模型调整大小和重新定位，并改变视点。这种处理不会使设计过程变得容易。

11、d1(tsang等人的《a suggestive interface for image guided 3d sketching》(用于图像引导的3d草绘的建议性界面))涉及用于草绘3d线框模型的图像引导的基于笔的建议性界面。通过从不同视点在正射构造平面上绘制2d轮廓曲线来创建3d模型。

12、d2(bouagar等人的《on aligning shapes》(对准形状))涉及一种基于最小面积矩形的两个形状之间的形状对准方法。

13、因此，需要提供一种用于设计可被直接显示在用户的当前草图上的3d模型的用户友好的计算机实现的方法。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是一种用于在3d场景中设计至少一个3d模型的计算机实现的方法，包括以下步骤：

2、a)接收用户的2d草图(1)并将其显示在平面上，所述2d草图(1)表示待设计的3d模型的视图；

3、b)基于所述2d草图(1)来推断3d图元(4)，所述3d图元在所述3d场景中被定向和定位以便匹配所述视图；

4、c)执行所述3d图元(4)在所述平面上的2d投影；

5、d)将所述2d投影拟合到所述2d草图(1)上。

6、本发明还涉及：一种用于设计3d模型集合的方法、一种计算机程序产品、一种非暂时性计算机可读数据存储介质和一种计算机系统。

技术特征：

1.一种用于在3d场景中设计至少一个3d模型的计算机实现的方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤d)包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤d)包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤d)包括：

5.根据权利要求1至4所述的方法，其中，所述用户的2d草图至少包括第一笔划集合和第二笔划集合，其中，步骤d)包括：

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述2d投影包括至少一个边(11)，所述至少一个边(11)至少部分地拟合到所述2d草图(1)的边上，所述方法包括：

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述2d草图包括多个笔划，在每个笔划之后重复步骤a)-d)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述3d图元是通过使用深度学习模型来推断的，所述深度学习模型是利用具有共同结构和/或功能特征的至少一组3d模型来训练的。

10.根据权利要求9所述的方法，包括如下步骤：基于所述组中的3d模型的代表性尺寸来设置所述平面与所述3d图元之间的距离。

11.一种用于设计3d模型集合的方法，包括：

12.根据权利要求11所述的用于设计3d模型集合的方法，其中，所述3d约束是共面性、接触、同轴性、平行性、对称性中的至少一个。

13.一种计算机程序产品，包括计算机可执行指令，以使计算机系统执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

14.一种非暂时性计算机可读数据存储介质(mem1、mem2、mem3、mem4)，包含计算机可执行指令以使计算机系统执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。

15.一种计算机系统，包括耦合到存储器(mem1、mem2、mem3、mem4)的处理器(cp)，所述存储器存储计算机可执行指令以使所述计算机系统执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。

技术总结
本发明涉及一种用于在3D场景中设计至少一个3D模型的计算机实现的方法，包括以下步骤：a)接收用户的2D草图(1)并将其显示在平面上，所述2D草图(1)表示待设计的3D模型的视图；b)基于所述2D草图(1)推断3D图元(4)，所述3D图元在所述3D场景中被定向和定位以便匹配所述视图；c)执行所述3D图元(4)在所述平面上的2D投影；d)将所述2D投影拟合到所述2D草图(1)上。

技术研发人员：N·贝尔特兰,F·多加尼斯
受保护的技术使用者：达索系统公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15