CN104376179A - 一种基于数据库的车身造型快速渲染 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于数据库的车身造型快速渲染，属于汽车造型设计领域。一种由汽车图片智能提取出汽车特征线，并进行一致参数化处理后，生成了车身的低维表示形式二维参数化线框模型。通过建立的车身图片数据库及对应的二维特征线数据库，对车身二维形状特征空间进行探索，在满足一定刚性，柔性以及固定某些特征约束下，生成新的线框模型。通过驱动二维线框模型的变形最终实现了对输入的车身图片进行变形，并能够利用已有渲染车身图片对给定的二维参数化模型进行二维图像渲染。从而帮助设计师提高设计表达质量，实现快速车身造型设计。

Description

一种基于数据库的车身造型快速渲染

技术领域

本发明涉及一种由汽车图片智能提取出汽车特征线，结合一致参数化处理后定义的汽车二维曲线模型模板，可以快速得到给定汽车的二维曲线模型。同时，车身的二维曲线参数化模型可用于汽车车身的快速造型，包括车身变形和图片渲染，属于汽车造型设计领域。

背景技术

目前为止，为了提高汽车设计效率，促进产品创新设计和加快推出新产品的步伐，汽车研发过程中的许多环节已实现数字化。设计师在设计初期主要用草图来准确有效地表达技术方案。效果图是二维的图形，借助photoshop等图像制作软件，可以通过1～2天的时间完成。但手绘草图、效果图难以检索和高级重用，设计结果与后续计算机辅助设计过程不能集成。

为解决上述问题，我们将手绘草图、效果图等设计意图迅速转化为数字化模型，实现已有数字化几何模型库的有效重用。在此基础上提供多种可选设计方案，实现概念设计的智能化与集成化，以及快速造型设计。

发明内容

针对现有的挑战，本发明提出了一种快速车身造型技术。本技术在汽车车身造型设计时，不仅实现数字化，而且实现数字化几何模型的有效重用，实现概念设计的智能化与集成化。

一种基于数据库的车身造型快速渲染，包括步骤如下：

(1)定义特征线模板：按照车身结构特征对不同车型定义二维车身主视图、后视图、右视图和俯视图的特征线模板，构成特征线模板的特征线是由4个控制点生成的三次贝塞尔曲线，表示了汽车的结构特征线、过渡特征线和附加特征线；针对不同的车型，特征线模板的特征线的数量相同，并且其形状拓扑一致；其中：主视图共有42条特征线，包括27条结构特征线、1条过渡特征线和14条附加特征线，结构特征线：轮廓线、前车轮外侧线、地面线、前挡风玻璃、发动机盖、前翼子板、进风口和中间分界线，过渡特征线：发动机罩盖折线，附加特征线：前车灯、雾灯及进气格栅群、前车标和前车牌；后视图共有40条特征线，包括25条结构特征线、1条过渡特征线和14条附加特征线，结构特征线：轮廓线、后车轮外侧线、地面线、后挡风玻璃、行李箱盖、保险杠和中间分界线，过渡特征线：行李箱盖折线，附加特征线：后车灯、排气管、后车标和后车牌；右视图共有97条特征线，包括60条结构特征线、13条过渡特征线和24条附加特征线，结构特征线：轮廓线、前车轮线、前轮毂线、后车轮线、后轮毂线、地面线、前车门线、后车门线、前车窗、后车窗和后小窗，过渡特征线：腰线、裙线、行李箱盖折线、顶围与侧围过渡线、前轮罩弧线和后轮罩弧线，附加特征线：前车灯、雾灯及进气格栅群、前翼子板、前车门把手和后车门把手；俯视图共有59条特征线，包括52条结构特征线和7条过渡特征线，结构特征线：轮廓线、进风口、发动机罩盖、前挡风玻璃、车顶、后挡风玻璃、行李箱盖、前车窗、后车窗、后小窗、前车门、后车门和中间线，过渡特征线：腰线、行李箱折线、发动机罩盖折线和行李箱盖折线。

(2)特征线模型速配：将实际二维车身主视图、后视图、右视图和俯视图的图像与步骤(1)得到的特征线模板进行精确速配，根据实际二维车身的具体结构，将其与特征线模板对应，即得到相应的特征线模型；匹配步骤：首先利用图像分割方法提取实际二维车身主视图、后视图、右视图和俯视图的图像，再利用特征提取算子提取实际二维车身的特征线，然后将实际二维车身的特征线与所属车型的特征线模板进行匹配。

(3)建立数据库：将步骤(2)得到的实际二维车身图像与对应特征线模型进行匹配注册，并建立模型数据库；实际二维车身图像数据源包括实际二维车身的主视图、后视图、右视图和俯视图的图片，对应特征线模型数据源为各种车型的主视图、后视图、右视图和俯视图相匹配的特征线模型。

(4)形状空间探索：数据库中的特征线模型组合起来生成了形状空间，在形状空间内，实现基于约束的特征线模板的柔性变形。通过固定某些控制点的位置或保持部分特征线组合的形状定义约束，移动部分控制点的位置来驱动模型变形，基于两步迭代计算的约束变体方法对特征线模型进行重建，得到的特征线模型的形状与实际二维车身相匹配。

(5)图像重用：

1)特征线模型变形驱动实际二维车身图像变形：对于给定的实际二维车身图像，通过步骤(2)的方法提取相匹配的特征线模型；根据车身结构将其分块，如图6所示；通过步骤(4)特征线模型的变形来带动实际二维车身图像变形，即将特征线模型变形效果传递到实际二维车身图像中，得到一个新的车型；

2)对给定的特征线模型进行渲染：利用步骤(3)的数据库中已有的实际二维车身图像与对应特征线模型，建立实际二维车身图像的特征线模型与给定特征线模型间的仿射变换，即将实际二维车身图像的特征线模型变形为给定的特征线模型，通过步骤1)的实际二维车身图像变形方法，得到给定的特征线模型的车身图像渲染效果。

本发明的有益效果是：

本发明对比已有技术具有以下创新点：

1)将不同车型的主特征线、附加特征线及过渡特征线进行了分类和一致参数化处理，建立了固定的参数模板；

2)对于汽车前、后、侧、顶四个正视图，能够快速智能的提取出需要的汽车车身特征线，建立汽车车身平面图形特征线的数据库；

3)通过给定的刚性约束和柔性约束，使得车身模型能够在形状空间上进行探索，

本发明对比已有技术具有以下显著优点：

1)对一个已有的车身二维参数化模型，通过提取车身特征线，对某几条(或所有)特征线进行修改(变形、添加或删除)，就可以得到一个新的车身结构，可以方便的建立汽车的图片库；对汽车二维草图进行快速渲染，可以形象的表达设计思想；

2)在汽车二维图片上进行汽车变形，生成大量不同风格的设计草图，方便设计师在设计初级阶段进行选型的需要，满足不同的要求，实现快速车身造型。该方法可输出CAS参数化模型，可供后续造型建模直接使用。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为车身的主视图。

图3为车身的后视图。

图4为车身的右视图。

图5为车身的俯视图。

图6为运用于图像变形的车身分块结构表示。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

一种基于数据库的车身造型快速渲染，步骤如下：

(1)特征线模板的建立：通过对不同车型的分析，我们对车身不同视图定义如附图2-5所示的特征线模板，其特征线按照车身的结构术语进行分类，且每一天特征线是由4个控制点生成的三次贝塞尔曲线(Bézier)。对于不同的车型，其特征线模板的特征线数量及编号顺序一致，并在形状上拓扑一致。表1-4是对每条特征线在车身结构中专业术语的说明。

表1.主视图的特征线所代表的专业术语

表2.后视图的特征线所代表的专业术语

表3.右视图的特征线所代表的专业术语

表4.顶视图的特征线所代表的专业术语

(2)给定实际二维车身图像的特征线模型的精确速配：根据实际的二维车身的具体结构，将其与特征线模板对应，得到了相应的特征线模板，首先利用图像分割方法提取实际二维车身图像，再利用特征提取算子提取实际二维车身的特征线，然后用形状上下文的方法将实际二维车身的特征线与所属车型的特征线模板进行匹配。

(3)模型库的建立：通过(2)的方法，提取多个不同车型的车身特征线模型，将实际图像与对应特征线模型建立数据库。实际图像数据源包括二维车身主视图、后视图、右视图和俯视图的图片或草图；特征线模型数据库为各种车型的各个视图的精确匹配的二维特征线模型。

(4)特征线模板的变形：特征线模板的变形是一种基于约束的柔性变形，固定某些特征点的位置或是保持部分特征线组合的形状，通过移动部分控制点的位置，基于两步迭代计算的约束变体方法对特征线模型进行重建，得到与实际二维车身相匹配的形状。

(5)二维车身图像的变形：对于给定的实际二维车身图像，通过步骤2提取相匹配的特征线模型。借助步骤4所实现的约束变体的方法，特征线模型可以变形进而带动实际二维车身图像变形。根据车身结构将其分块，如附图6所示，随后通过分块渲染并最终拼接的方式将特征线模型变形效果传递到实际二维车身图像中，得到一个新的车型；

(6)对给定的特征线模型的渲染：利用步骤(3)数据库里已有的实际二维车身图像与对应的特征线模型，建立实际特征线模型与给定特征线模型之间的仿射变换，即将实际二维车身图像的特征线模型变形为给定的特征线模型，通过步骤(5)的实际二维车身图像变形方法，得到给定的特征线模型的车身图像渲染效果。

我们以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于数据库的车身造型快速渲染，其特征在于，包括步骤如下：

(1)定义特征线模板：按照车身结构特征对不同车型定义二维车身主视图、后视图、右视图和俯视图的特征线模板，构成特征线模板的特征线是由4个控制点生成的三次贝塞尔曲线，表示了汽车的结构特征线、过渡特征线和附加特征线；针对不同的车型，特征线模板的特征线的数量相同，并且其形状拓扑一致；其中：主视图共有42条特征线，包括27条结构特征线、1条过渡特征线和14条附加特征线，结构特征线：轮廓线、前车轮外侧线、地面线、前挡风玻璃、发动机盖、前翼子板、进风口和中间分界线，过渡特征线：发动机罩盖折线，附加特征线：前车灯、雾灯及进气格栅群、前车标和前车牌；后视图共有40条特征线，包括25条结构特征线、1条过渡特征线和14条附加特征线，结构特征线：轮廓线、后车轮外侧线、地面线、后挡风玻璃、行李箱盖、保险杠和中间分界线，过渡特征线：行李箱盖折线，附加特征线：后车灯、排气管、后车标和后车牌；右视图共有97条特征线，包括60条结构特征线、13条过渡特征线和24条附加特征线，结构特征线：轮廓线、前车轮线、前轮毂线、后车轮线、后轮毂线、地面线、前车门线、后车门线、前车窗、后车窗和后小窗，过渡特征线：腰线、裙线、行李箱盖折线、顶围与侧围过渡线、前轮罩弧线和后轮罩弧线，附加特征线：前车灯、雾灯及进气格栅群、前翼子板、前车门把手和后车门把手；俯视图共有59条特征线，包括52条结构特征线和7条过渡特征线，结构特征线：轮廓线、进风口、发动机罩盖、前挡风玻璃、车顶、后挡风玻璃、行李箱盖、前车窗、后车窗、后小窗、前车门、后车门和中间线，过渡特征线：腰线、行李箱折线、发动机罩盖折线和行李箱盖折线；

(2)特征线模型速配：将实际二维车身主视图、后视图、右视图和俯视图的图像与步骤(1)得到的特征线模板进行速配，根据实际二维车身的具体结构，将其与特征线模板对应，即得到相应的特征线模型；匹配步骤：首先利用图像分割方法提取实际二维车身主视图、后视图、右视图和俯视图的图像，再利用特征提取算子提取实际二维车身的特征线，然后将实际二维车身的特征线与所属车型的特征线模板进行匹配；

(3)建立数据库：将步骤(2)得到的实际二维车身图像与对应特征线模型进行匹配注册，并建立模型数据库；实际二维车身图像数据源包括实际二维车身的主视图、后视图、右视图和俯视图的图片，对应特征线模型数据源为各种车型的主视图、后视图、右视图和俯视图相匹配的特征线模型；

(4)形状空间探索：数据库中的特征线模型组合起来生成了形状空间，在形状空间内，实现基于约束的特征线模板的柔性变形；通过固定某些控制点的位置或保持部分特征线组合的形状定义约束，移动部分控制点的位置来驱动模型变形，基于两步迭代计算的约束变体方法对特征线模型进行重建，得到的特征线模型的形状与实际二维车身相匹配；

(5)图像重用：

1)特征线模型变形驱动实际二维车身图像变形：对于给定的实际二维车身图像，通过步骤(2)的方法提取相匹配的特征线模型；根据车身结构将其分块；通过步骤(4)特征线模型的变形来带动实际二维车身图像变形，即将特征线模型变形效果传递到实际二维车身图像中，得到一个新的车型；

2)对给定的特征线模型进行渲染：利用步骤(3)的数据库中已有的实际二维车身图像与对应特征线模型，建立实际二维车身图像的特征线模型与给定特征线模型间的仿射变换，即将实际二维车身图像的特征线模型变形为给定的特征线模型，通过步骤1)的实际二维车身图像变形方法，得到给定的特征线模型的车身图像渲染效果。