一种基于模板的三维造型建模方法
【技术领域】
[0001]本发明属于计算机三维建模技术领域，涉及计算机图形学，用于室内三维模型的快速建模，为一种基于模板的三维造型建模方法。
【背景技术】
[0002]随着人们生活水平的提高，人们对于家居的要求也越来越高，家装业主不再满足于同一模式同一风格的装修，他们需要一种能够满足自己个性化的家装设计方案。三维家装设计软件的出现很好的满足人们个性化装修的需求，可快速生成专业的三维设计方案，并可在三维设计方案中通过虚拟漫游直观地展示室内设计效果。三维室内造型(例如吊顶、背景墙)作为三维设计方案的重要组成部分，直接影响了家居环境的整体设计。因此，三维造型建模方法的优劣性直接影响着整个软件的适用性。
[0003]三维建模技术是根据目标对象的三维空间信息来构建其几何立体模型，然后利用建模设计软件生成对应模型，并对生成的模型进行各种操作和显示。为得到目标对象的三维空间信息，计算机采用合适的算法，通过程序建立三维空间点的位置与二维平面点的坐标之间的对应关系，最后确定目标对象上任意三维空间点的坐标。利用获取的物体的尺寸、坐标、形状等立体几何属性，研究人员构建该目标对象的三维模型。
[0004]根据研究对象三维模型结构特点及构建方式，可将具体建模方法分为以下3种:
[0005]I)边界表示法
[0006]目标模型的边界即该模型的内部点及外部点之间的分界面，主要包括顶点表、边表、面表、体表以及环表。该方法需详细记录目标模型的几何信息及元素，获取对应细节方式，然后获得拓扑信息，以拓扑信息和几何信息构建模型。该方法无法描述不规则的三维模型。
[0007]2)实体几何构造法
[0008]该方法将复杂的三维模型分解为简单的、形状规则的几何体(体素)，然后采用正则布尔运算来构建目标模型。该方法的主要缺点:未获取实体造型的拓扑信息，无法进行唯一性描述。
[0009]3)线框表示法
[0010]该方法利用一系列约束线来构建是三维模型的边界及轮廓，即对空间轮廓的采样点进行连接获得多边形网格模拟目标模型的边界。该方法数据结构相对比较简单，数据存储量比较小，但形体与对象的表示不唯一，无法实现高效显示。
[0011]根据所建模型的不同，其适用的建模方法也各不相同。根据三维室内造型的建模方法主要分为2类:导入3ds设计的效果图来对实体进行建模和利用自身的建模模块实现三维建模。
[0012](I)通过导入3ds设计的效果图来对实体进行建模
[0013]该方法通过导入3ds设计的效果图来对目标实体进行三维建模，操作人员只需手动导入所需目标实体的3ds设计效果图，程序内部即可实现目标模型的三维生成过程，操作十分简单。该方法主要缺点是:一旦将3ds效果图导入生成三维造型后，所设计的三维模型便无法再进行动态编辑和修改。
[0014]采用该方法典型的室内设计软件有“我家我设计”室内设计软件，该软件可以根据平面户型图生成虚拟家装场景，通过载入各种复杂的3ds模型进行家居搭配设计。该软件操作十分简单，三维造型生成模块可快速实现所需造型的三维建模，但是一旦生成场景模型便不能进行二次编辑和修改，整体实用性不高。
[0015](2)通过自身的建模模块实现三维建模
[0016]不同的软件建模方法也不同，但这一类软件都通过自身的建模模块来实现三维造型的建模。现在比较成熟软件有3Ds MAX、SketchUp。
[0017]3Ds MAX有3种高级的建模技术:多边形网格建模、面片建模、NURBS建模。
[0018]I)多边形建模。多边形建模是最基本的一种建模方式。几乎所有的几何实体都可以塌陷为可编辑的多边形网格，同样曲线也可以塌陷，封闭曲线可以塌陷为曲面，这样便可获得多边形建模的元素一多边形曲面。编辑网格方式建模兼容性极好，制作的模型占用系统资源最少，运行速度最快，在较少的面数下也可制作较为复杂的模型。它是将多边形划分为三角面，可以使用编辑网格修改器或直接把物体塌陷成可编辑的网格。其中涉及的技术主要是推拉表面构建基本的模型，最后增加平滑网格修改器，进行表面的平滑和提高精度。这种方法需使用大量的点、线、面编辑操作，对空间控制能力要求比较高。适合创建复杂模型。
[0019]2)面片建模。面片建模是在多边形建模的基础上发展来的，面片建模可实现多边形的弹性编辑，采用类似编辑贝塞尔曲线的方法来编辑多边形曲面。由于面片是三维的，因此，控制面片曲率的控制句柄也是三维的。面片建模的优点是编辑的顶点个数较少，用较少的细节即可来制作出光滑的物体表面和表皮的褶皱。
[0020]3) NURBS (非均匀有理B样条曲线)建模。NURBS建模是建立在数学原理的公式基础上的一种建模的方法。它基于控制节点调节表面的曲度，自动NURBS与曲线一样是样条曲线。但NURBS是一种非一致性有理基本曲线，可以说是一种特殊的样条曲线，其控制更为方便，创建的物体更为平滑。若是配合放样、挤压和车削操作，可以创建各种各样形状的曲面物体。NURBS建模特别适合描述复杂的有机曲面对象。
[0021]SketchUp采用挤压建模，挤压建模具体过程为:
[0022]1.在二维平面XOY绘制闭合曲线，比如矩形、圆等；
[0023]2.在Z方向进行拉伸，生成三维立体模型；
[0024]3.对生成的立体任取某一侧面，以该侧面作为新的编辑平面，进行二维裁剪；
[0025]4.对新的平面进行挤压拉伸，生成所需的三维模型。
[0026]首先通过平面绘制实体模型的截面轮廓，然后对绘制好的截面轮廓沿着设定的挤压方向(比如法线方向)进行挤压拉伸，生成简单三维造型，在构建好的三维模型基础上进行二次裁剪，继续挤压拉伸，从而获得所需的复杂三维造型。同时，设计师可以通过生成的剖面了解所建模型的内部结构，并将该二维剖面图导入AutoCAD进行编辑处理。
[0027]现有三维造型建模方法，其建模过程中涉及大量的点-点、线、面操作，并且要求操作人员有丰富的空间控制能力，对操作人员专业性要求比较高，而且生成的造型不易进行二次编辑，实用性不强。
【发明内容】
[0028]本发明要解决的问题是:目前，根据三维室内造型的建模方法主要分为2类:导入3ds设计的效果图来对实体进行建模和自身的建模模块实现三维建模，前者通过导入3dS设计的效果图来对实体进行建模，但是一旦导入，设计的三维模型便不能再进行动态编辑和修改，后者3ds建模过程非常复杂，涉及大量的点、线、面编辑操作，对建模人员要求很高，建模完成后的修改步骤也十分复杂。
[0029]本发明的技术方案为:一种基于模板的三维造型建模方法，用于室内建模的模块化造型搭建，包括以下步骤:
[0030]I)建立三维模型:
[0031]设定所需模型，基于多边形裁剪算法，采用挤压建模实现由二维平面轮廓到三维模型的快速生成；
[0032]2)建立模板:
[0033]将步骤I)建立三维模型的操作步骤保存为模板，将三维造型从二维编辑到三维拉伸的所有操作步骤按序作为节点保存在脚本文件中，通过保存节点信息的方式来保存这些操作，得到各个三维模型的生成模板，将所述生成模板存储至模板库；
[0034]3)利用模板技术快速生成三维造型:
[0035]选取要搭建的三维造型对应的模板，根据模板自动生成对应的三维模型，完成三维造型。
[0036]进一步的，根据所述建立三维模型的操作步骤设置对应的步骤解析程序，解析结果用于对操作的二次编辑。
[0037]所述步骤I)包括以下步骤:
[0038]11) 二维多边形裁剪:
[0039]对要建立的三维模