CN105190702A - 用于将二维图像应用在三维模型上的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提供用于将二维图像应用在三维模型上的方法和设备，所述三维模型由多边形网格构成。所述方法包括以下步骤：为多边形网格内的所有三角形生成相邻结构；识别膜片内包含标签的期望中心点的三角形；计算三角形的三个顶点与标签的期望中心点之间的空间距离；检查每一个三角形边缘是否计算的距离显示相交在二维图像上，如果检测到碰撞，则将相邻的三角形添加到三角形列以进行处理，并且重复处理所述列中的所有三角形直到所述列腾空为止；计算三角形内的单个未知的顶点的空间数据；检查三角形的两个边缘是否计算的距离显示与二维图像相交，如果出现相交，则将该新的相邻三角形添加到三角形列；将所述点和空间数据变换成UV坐标；和利用UV坐标将二维图像应用到三维模型。

Description

用于将二维图像应用在三维模型上的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于将二维图像应用在三维模型上的设备和方法。更具体地但不是排他地，本发明涉及将标签应用在三维模型上。

背景技术

在产品开发中，产品的外观是市场策略的一个重要部分。因此，开发者通常使用计算机编辑套装设计他们的包装。在一些工业中，用于产品的容器被单独制造成商标材料，并且该商标材料随后固定到容器上。这例如在饮料工业中是惯例，在饮料工业中，瓶子被制造成容纳产品，并且标签被单独生产且应用于瓶子。

单独的计算机编辑套装存在用于制造标签和制造瓶子模型。为了目测瓶子上的标签，模型的UV映射生成且标签作为纹理来施加。这在计算机操作上是昂贵的且还需要大量用户干预来确保标签被正确地应用。这会导致计算机明显延迟将标签施加到模型上。因此，由于该处理要求超过可获得的处理能力，标签不能放置在瓶子上且实时移动。因此，需要减轻上述问题中的一些或者全部。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种将二维图像应用到三维模型的方法，所述三维模型由具有多个顶点的多边形网格构成，所述方法包括以下步骤：识别与多个顶点中的一个顶点相对应的第一点；识别与多个顶点中的一个顶点相对应且邻近第一点的第二点；计算第二点与第一点之间的空间数据；重复识别连续的点，其中每一个连续的点与多个顶点中的一个顶点相对应且邻近前一个识别的点，并且计算每一个连续的点与前一个识别的点之间的空间数据，直到识别停止点为止，所述停止点为二维图像的边界外的点；将所述点和空间数据变换成UV坐标；和利用UV坐标将二维图像应用到三维模型。

本发明提供一种可以对三维模型的与应用二维图像的区域相对应的特定区域提取UV坐标的方法。因此，由于不执行UV映射整体模型的传统步骤，施加二维图像所需的计算能力明显降低。

在适于执行本发明的方法的计算设备上，使用者因此可以选择三维模型上的一个区域中的第一点来施加二维图像，并且处理器从该区域提取空间数据，直到识别模型上的距离第一点的距离大于从中心到二维图像的边界的距离的点为止。由于所需的处理能力已经明显降低，因此二维图像可以被应用于三维模型并实时显示在计算设备的显示装置上。这还允许使用者横过三维模型‘拖拉’二维图像，即选择模型上的连续的第一点，并且处理器可以即时将二维图像应用到模型。

所述方法可以还包括由多个三维模型生成单个三维模型以形成膜片的步骤，其中第一点在膜片上。本发明因此可以将二维图像应用到封装模型的膜片。膜片可以包含三维模型的大多数或者所有顶点，或者在多个三维模型的情况下，每一个显示复杂产品的各个部件，膜片可以包含每一个三维模型的大多数或者所有顶点。

所述方法还可以包括将平滑技术应用到膜片的步骤。因此，膜片上的任何曲率的突变(例如由于膜片中的间隙造成)可以被消除。因此，二维图像可以接着以真实方式应用。例如，在标签被应用到三维模型的情况下，标签可以应用到模型以使标签以与真实情况相似的方式通过间隙。

一种计算机程序产品包括计算机可执行代码，该计算机可执行代码当在计算机上运行时可以使计算机执行本发明第一方面的方法。

根据本发明的第二方面，提供一种包括处理器的计算设备，所述处理器被布置成将二维图像应用到三维模型，所述三维模型由具有多个顶点的多边形网格构成，所述处理器构造用于：识别与多个顶点中的一个顶点相对应的第一点；识别与多个顶点中的一个顶点相对应且邻近第一点的第二点；计算第二点与第一点之间的空间数据；重复识别连续的点，其中每一个连续的点与多个顶点中的一个顶点相对应且邻近前一个识别的点，并且计算每一个连续的点与前一个识别的点之间的空间数据，直到识别停止点为止，所述停止点距离第一点的距离大于从外边缘到二维图像的边界的距离；将所述点和空间数据变换成UV坐标；和利用UV坐标将二维图像应用到三维模型。

计算设备可以还包括显示装置，其中处理器被构造成使显示装置显示包括施加的二维图像的三维模型。

附图说明

以下将仅通过实例及参照附图说明本发明的实施例，其中：

图1是显示本发明的方法的一个实施例的流程图；

以及

图2是显示被构造成执行图1的方法的步骤的计算设备的示意图。

具体实施方式

现在将参照图1说明在虚拟环境中将二维图像应用到三维模型的方法的一个实施例。所述实施例将详细说明将标签(二维图像)放置到瓶子(三维模型)上的一个示例，但是回顾以下说明，本领域技术人员将会明白所述方法可以应用到放置在三维模型上的任何类型的二维图像。

对于初始步骤，生成表示标签的第一图像文件。第一图像文件可以在例如为AdobeIllustrator的适当的图形编辑计算机程序中生成，并且由表示标签的二维图像构成(且在下文中应该称为“标签”)。在本实施例中，标签为矩形且包括由裁剪线包封的图形部分。

对于进一步的初始步骤，生成表示瓶子的第一模型文件。第一模型文件可以在例如为3DSMax或者AutoCAD的任何适当的三维建模软件中生成。第一模型文件由三角形网格限定的瓶子的三维图像组成(且在下文中应该称为“瓶子”)。本领域的技术人员将会明白所述三角形网格表示瓶子的外表面且为非UV映射的模型。

三角形网格用于生成一组数据，该组数据记录所述网格内的所有三角形的相邻信息，在一个实施例中，诸如半边缘数据结构的结构可以被使用。这允许网格的横越从网格上的单个点开始。这被注记为由具有相邻信息的一组三角形构成的膜片。

如以下更详细地说明，多个三角形网格可以合并在一起(例如，一个三角形网格表示瓶子，而另一个三角形网格表示瓶盖)。

在本实施例中，生成包括盖和瓶子构成的形状的单个膜片，这通过以包含盖和瓶子的简单形状开始且接着该简单形状收缩成瓶子和盖结合的形状来获得。该单个网格接着用于生成膜片，所述膜片用于将2D标签放置在瓶子和盖上。

在本实施例中，‘平滑’操作应用于膜片。可以使用各种平滑技术，例如拉普拉斯(Laplacian)多边形平滑方法(然而，本领域的技术人员将会明白也可以使用其它平滑技术)。该技术确保膜片精密地遵循标签将施加到的真实表面。例如，如果瓶子含有小间隙，则膜片可以被平滑以使所述膜片在不改变曲率的情况下通过间隙。这由于真实的标签在不需要改变曲率的情况下精密地简单地通过间隙，精密地表示真实标签将如何施加到真实的瓶子上。

标签接着使用以下算法应用到膜片。作为第一步骤，起始参考点作为标签的中心。碰撞程序用于将标签的中心与三角形网格上的初始撞击点相关联。初始撞击点可以为三角形网格上的任意点。

在算法的下一个步骤(如图1中所示)中选择包含膜片上的起始点的三角形。所述起始点被确定为膜片上的与三角形网格上的初始撞击点最接近的点。该点(水平和垂直)与起始三角形中的三个顶点中的每一个之间的距离被计算且储存，接着三个相邻的三角形中的每一个被增加给一组要处理的三角形。接着以以下方式采用重复过程。对三角形列中的每一个三角形计算到起始点的距离是已知的顶点与其距离仍然要计算的顶点之间的距离并储存该距离。该距离使用短程线技术计算。检查三角形的其余两个边缘是否三角形的2D坐标与二维标签的边界矩形相交。如果边缘相交，则将使用该边缘的邻近三角形添加到三角形列中以进行处理。所述过程以重复的方式运行直到所述列内没有更多的三角形要处理为止。

如果2D标签本身可以重叠，则所述过程可以被分开为使得标签作为两个单独的注记来处理；处理顺序限定重叠方向。

在一个实施例中，额外的2D旋转可以应用到所有计算的距离，从而将具有使标签环绕中心点旋转的效果。

本领域的技术人员将会明白该过程产生包含膜片上的一组点、以及膜片上的所述一组点中每一个点与起始点之间的一组距离(水平和垂直)的数据组。所述数据组可以接着利用变换被转换成标准化的UV坐标。例如，所述距离被储存为从起始点到每一个点的矢量，并且通过以0.5转化变为UV坐标且换算为标签的具体高度和宽度。

标准化的UV坐标可以接着用于将标签施加到瓶子上。即，标签可以被处理为纹理，该纹理可以接着与UV坐标相关联。因此，标签内的多个点可以与具体的UV坐标相关联，使得标签可以接着在虚拟环境中被放置在瓶子上。

本领域的技术人员将会明白所述过程适于将二维图像应用到任意三维模型上。三维模型仅对于三维模型的被应用标签的部分提取UV坐标，因此减少了涉及整个映射的UV模型的现有技术所需的计算能力。二维图像可以应用到三维模型的任何部分，并且以上详细说明的算法将标签的中心施加到该部分中的膜片上的起始点并由周围区域的膜片提取UV坐标。

本领域的技术人员还将认识到通过减少将二维图像应用到三维模型所需的计算能力可以实时应用图像。即，使用者可以横过三维模型的膜片滑动图像，并且所需的计算能力被减小到使图像可以“即时”应用到三维模型的程度。

如上所述，多个三角形网格可以合并在一起。依此方式，标签可以被应用到复杂产品(即，具有多个组成部分的物体，例如瓶子和瓶盖)。接下来，平滑操作可以应用到膜片以使复杂产品的部件之间的任何间隙或沟槽平滑以确保适当地应用标签。

在上述的实施例中，三维模型由产生单个膜片的一个或多个三角形网格构成。本领域的技术人员将会明白任何形式的多边形网格状模型将适用于本发明。此外，本领域的技术人员将会明白由于膜片的应用允许使用者应用平滑技术以使得以真实方式应用二维图像，因此膜片的应用是优选的。然而，平滑步骤不是必需的。例如，用于提取UV坐标的算法可以基于三角形网格的顶点而不是平滑膜片的点。

在上述的实施例中，标签被应用到瓶子的模型。然而，本领域的技术人员将会明白本发明的方法也适于将任何二维图像应用到任意三维模型。例如，所述方法将适用于在虚拟环境中将图形应用到车辆的车体。

如上所述的本发明的方法可以在例如为个人电脑或移动计算装置(例如，平板电脑)的计算设备1上实现。如图2中所示，计算装置1包括构造成用于实现本发明的方法的处理器3、以及构造成用于显示包括应用的二维图像的三维模型的显示装置5。

本领域的技术人员将会明白任意组合的元件在本发明的所主张的保护范围内都是可以的。

Claims (9)

1.一种将二维图像应用到三维模型的方法，所述三维模型由具有多个顶点的多边形网格构成，所述方法包括以下步骤：通过为所述多边形网格内的所有三角形生成初始相邻结构制成膜片；识别所述膜片内的包含所述二维图像的期望中心点的三角形；计算所述三角形的三个顶点与所述二维图像的期望中心点之间的空间距离；检查每一个三角形边缘是否所述计算的距离显示相交于所述二维图像上，并且如果检测到碰撞，则将所述相邻的三角形增加到三角形列中以进行处理；重复处理所述列中的所有三角形直到所述列腾空为止；计算所述三角形内的单个未知的顶点的空间数据；

检查所述三角形的两个边缘是否所述计算的距离显示与所述二维图像相交，并且如果出现相交，则将该新的相邻三角形增加到所述三角形列；

将所述点和所述空间数据变换成UV坐标；和利用所述UV坐标将所述二维图像应用到所述三维模型。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

将平滑技术应用到所述膜片。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述三维模型由多个多边形网格构成，并且所述膜片被施加到所述多个多边形网格。

4.一种计算机程序产品，包括计算机可执行代码，所述计算机可执行代码当在计算机上运行时，引起所述计算机执行前述权利要求中任一项的方法。

5.一种计算设备，包括布置成将二维图像应用到三维模型的处理器，所述三维模型由具有多个顶点的多边形网格构成，所述处理器被构造用于：通过为所述多边形网格内的所有三角形生成初始相邻结构制成膜片；

识别所述膜片内的包含所述二维图像的期望中心点的三角形；计算所述三角形的三个顶点与所述二维图像的期望中心点之间的空间距离；检查每一个三角形边缘是否所述计算的距离显示相交于所述二维图像上，并且如果检测到碰撞，则将所述相邻的三角形增加到三角形列中以进行处理；

重复处理所述列中的所有三角形直到所述列腾空为止；计算所述三角形内的单个未知的顶点的空间数据；

检查所述三角形的两个边缘是否所述计算的距离显示与所述二维图像相交，并且如果出现相交，则将该新的相邻三角形增加到所述三角形列；

将所述点和所述空间数据变换成UV坐标；和利用所述UV坐标将所述二维图像应用到所述三维模型。

6.根据权利要求5所述的计算设备，还构造用于将平滑技术应用到所述膜片。

7.根据权利要求5或6所述的计算设备，其中，所述三维模型构造在多个多边形网格上以形成所述膜片。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的计算设备，还包括显示装置，其中所述处理器被构造成使所述显示装置显示包括应用的所述二维图像的所述三维模型。

9.一种将二维图像应用到三维模型的方法，所述三维模型由具有多个顶点的多边形网格构成，所述方法包括以下步骤：识别与所述多个顶点中的一个顶点相对应的第一点；识别与所述多个顶点中的一个顶点相对应且邻近所述第一点的第二点；计算所述第二点与所述第一点之间的空间数据；重复识别连续的点，其中每一个连续的点与所述多个顶点中的一个顶点相对应且邻近前一个识别的点，并且计算每一个连续的点与所述前一个识别的点之间的空间数据，直到识别停止点为止，所述停止点为所述二维图像的边界外的点；将所述点和所述空间数据变换成UV坐标；和

利用所述UV坐标将所述二维图像应用到所述三维模型。