CN109472861B - 交互式树木建模方法、模型生成方法及系统 - Google Patents

交互式树木建模方法、模型生成方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN109472861B
CN109472861B CN201811466918.XA CN201811466918A CN109472861B CN 109472861 B CN109472861 B CN 109472861B CN 201811466918 A CN201811466918 A CN 201811466918A CN 109472861 B CN109472861 B CN 109472861B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tree
trunk
model
stress
dimensional
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811466918.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109472861A (zh
Inventor
吕琳
严国俊
徐凡
薄志涛
陈宝权
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN201811466918.XA priority Critical patent/CN109472861B/zh
Publication of CN109472861A publication Critical patent/CN109472861A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109472861B publication Critical patent/CN109472861B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10028—Range image; Depth image; 3D point clouds

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)

Abstract

本公开提供了一种交互式树木建模方法、模型生成方法、系统及仿生树木。其中，一种交互式树木建模方法，包括扫描样本树，得到树干组件形成点云数据并上传存储至树干组件库；所述树干组件包括树的主干和分支；所述分支包括直接与主干相连的分支和间接与主干相连的分支；在异速生长规律约束下连接筛选出的树干组件并生成树的主体模型；其中，筛选出的树干组件包括主干及与其相连的分支；将样本树的几何细节转移到纹理中，投影到树的主体模型上，并在分支处勾画出二维的叶膜，用随机生成的样本点进行填充生成树叶，生成树木三维模型。

Description

交互式树木建模方法、模型生成方法及系统
技术领域
本公开属于三维建模领域，尤其涉及一种交互式树木建模方法、模型生成方法、系统及仿生树木。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
树和植物的建模在近40年来的图形学领域已经是一个重要的话题。早期的方法是受分形和重复图样的启示，最近有更多的工作关注在交互建模，获取真实世界的数据，又利用用户的输入草图来建模树枝结构。在渲染领域中的户外场景渲染中图绘制，以及表达与周围环境的交互方面。还有的一些方法既从图片或激光扫描的点云中捕，树是一项很重要的组成元素。对于树这种复杂的模型，通常采取的办法是减少其细节在场景中的表达,在保持视觉效果情况下尽量减少渲染的复杂性。
3D打印是增材制造技术的俗称，是一种依据三维CAD设计数据，采用离散材料(液体、粉末、丝、片、板、块等)逐层累加制造物体的技术。相对于传统的材料去除方式、材料成型方式，3D打印是一种自下而上材料累加的制造工艺，自20世纪80年代开始逐步发展，也被称为快速成型、分层制造等。整个流程是首先对符合打印要求模型进行切片，打印过程中对每一层的切面用带有体积的喷头吐丝进行填充。在切片之前，预处理程序会根据模型表面的角度情况计算支撑材料，切片后会生成打印机喷头的打印路径，最后送往相应打印机型号将其打印出来即可。
发明内容
根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种交互式树木建模方法，其构建的树木三维模型真实性高。
本公开的实施例提供的一种交互式树木建模方法，包括：
扫描样本树，得到树干组件形成点云数据并上传存储至树干组件库；所述树干组件包括树的主干和分支；所述分支包括直接与主干相连的分支和间接与主干相连的分支；
在异速生长规律约束下连接筛选出的树干组件并生成树的主体模型；其中，筛选出的树干组件包括主干及与其相连的分支；
将样本树的几何细节转移到纹理中，投影到树的主体模型上，并在分支处勾画出二维的叶膜，用随机生成的样本点填充用户指定填充区域生成树叶，生成树木三维模型。
在一个或多个实施例中，扫描样本树得到树干组件形成点云数据的过程包括：
从不同的方向扫描得到树木数据，然后校正，再进行拟合得到点云数据。
在一个或多个实施例中，上传存储至树干组件库之前，还包括：
将满足3D打印的约束和受力约束的点云数据放入树干组件库中。
其中，3D打印的约束包括模型的连通性以及模型需要满足的最小打印尺寸。
受力约束包括模型的自支撑性和稳定性。
本公开的一个或多个实施例的另一个方面，提供一种树木模型生成方法，其生成的树木三维模型结构稳定且真实性高。
本公开的一个或多个实施例的一种树木模型生成方法，包括：
采用上述所述的交互式树木建模方法，生成树木三维模型；
将树木三维模型的空间离散化成体素，计算每个体素的可见性；其中，每个体素的可见性为体素周围可看到该体素的视点数量所占总数比率；
几何优化树木三维模型，使得优化后的树木三维模型满足可打印性；
利用有限元分析方法来物理优化满足可打印性的树木三维模型的应力分布；
定义模型外壳厚度，产生模型的外壳并打印；
在外壳内部加入填充物，生成仿生树木。
其中，每个体素x的可见性V(x)为体素周围可看到该体素的视点数量所占总数比率：
Figure BDA0001890051210000021
Figure BDA0001890051210000022
其中，k表示第k个视点，n表示视点的总数量；
Figure BDA0001890051210000031
是指均匀分布在树周围半球上的视点集合；
V(x,v)是体素x对视点v是否可见的布尔值。
在一个或多个实施例中，几何优化树木三维模型的具体过程为：
通过计算目标打印尺寸和打印空间上限尺寸，得到一个属于[0,1]的范围的层级系数l；
设原来的树叶数目为N，现在的树叶数目为N'，则N'＝l·N，优先减少可见性低的树叶；
建立不同树木叶子的不同层级的数据库；将树叶面片沿着法线方向导出有体积的模型，将叶片的厚度设置成与打印机精度相匹配的值；
逐步减少叶子的层级，定义M为原始树叶几何形状，M'表示简化后的树叶几何形状，M、M'与l的关系可表示为：
M'＝l·M+(1-l)·CH(M)
其中CH(M)表示原始树叶的凸包；
树节点父子半径之间的关系满足：
Figure BDA0001890051210000032
rp表示父亲节点对应的半径，rci表示子节点对应的半径，i对应不同子节点； k表示控制枝干半径沿着拓扑降低方向减少速率因子；kmax表示控制枝干半径沿着拓扑降低方向减少速率最大因子；
其中，k控制着枝干半径沿着拓扑降低方向减少的速率，在设置新的细小树枝的厚度的时候，可以通过用很大的k值对整棵树进行重新调整并尽量保其不变性。我们通过以下公式求出k的最大值：
Figure BDA0001890051210000033
rm表示数主干半径的目标大小，r0是叶子节点对应枝干调整后粗细，保证树木的真实性。
在一个或多个实施例中，利用有限元分析方法来物理优化满足可打印性的树木三维模型的应力分布的具体过程，包括：
对树木三维模型的每个枝干计算端点力和力矩，得到柯西应力张量矩阵；
从柯西应力张量矩阵中计算出范米赛斯应力的标量值，使得范米赛斯应力的标量值不超过预设临界值。
在一个或多个实施例中，利用有限元分析方法来物理优化满足可打印性的树木三维模型的应力分布的具体过程，还包括：对模型进行加粗和微调操作；
加粗操作：按照应力超出情况按照比例增大相应树枝的半径；
微调操作：如果当前树枝的方向和其应力相关的位移方向之间的角度小于 90度，微调方向与应力相关的位移方向相反，如果大于90度，微调方向与应力相关的位移方向一致。
本公开的一个或多个实施例还提供了一种树木建模系统，其构建的树木三维模型真实性高。
本公开的一个或多个实施例的一种树木模型建模系统，包括树木模型建模服务器，其被配置为执上述所述的交互式树木建模方法中的步骤。
本公开的一个或多个实施例还提供了一种树木模型生成系统，其生成的树木三维模型结构稳定且真实性高。
本公开的一个或多个实施例的一种树木模型生成系统，包括树木模型生成服务器，其被配置为执行上述所述的树木模型生成方法中的步骤。
本公开的一个或多个实施例还提供了一种仿生树木，其生成的树木三维模型结构稳定且真实性高。
本公开的一个或多个实施例的一种仿生树木，采用上述所述的树木模型生成方法生成。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
(1)本公开的技术方案无论是生成模型部分还是打印部分都具有操作的简单性。
(2)本公开能生成丰富多样的树木模型，并且能满足大部分复杂模型的打印。
(3)本公开的交互式树木建模方法和模型生成方法，在建模和模型生成的过程中，所花费的时间均较少，均能大大节约时间。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是不同层级的三维叶膜示意图。
图2是二维叶膜示意图。
图3是本公开的实施例提供的一种交互式树木建模方法的流程图。
图4是树干组件连接示意图。
图5是树叶生成过程图。
图6是本公开的实施例的一种树木模型生成方法流程图。
图7(a)是应力分析实施例一示意图。
图7(b)是应力分析实施例二示意图。
图8(a)是微调操作实施例一示意图。
图8(b)是微调操作实施例二示意图。
图9是打印的结果样图。
图10是最终结果模型的横截面图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
术语解释：
树干组件：树的主干或者分支的部分。
叶膜：三维的包裹树叶的空间轮廓，如图1所示。
二维叶膜：二维图形，包裹叶膜的二维投影，如图2所示。
体素：体积元素的简称，是数字数据为三维分割中的最小单元。
有限元分析：利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。利用简单而又相互作用的元素(即单元)，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。
异速生长规律：每一层所有的横截面积之和恰好等于其父亲的横截面。
随着3D打印技术的发展，模型的物理特性考虑已经成为3D制造过程司空见惯的因素。面向3D打印的物理优化也越发重要了起来，给定一个模型的形状和材料属性，物理特性分析主要考虑模型载荷，外力和稳定性在模型上的表现。有限元分析的方法在上下文的结构分析应用最为广泛，但需要被强调的是,有限元的分析定义在模型的体上将会非常耗费计算资源。为了减少有限元分析的复杂性,结构分析主要在模型的中轴或者截面上面进行。
交互式建模是一种近年来新提出的建模方法，与以往的方法最大的区别就是实现了用户与建模系统的交互。用户通过系统可以自己设置部分参数来达到自己想要的效果。交互式建模跟传统的建模方法相比具有更强的针对性和更好的操作性，能够更容易达到用户想产生的效果，并且相比于原来的方法也能产生更加丰富多样的模型。因此本公开使用了交互式建模的方法。
图3是本公开的实施例提供的一种交互式树木建模方法的流程图。如图3所示，本公开的实施例提供的一种交互式树木建模方法，包括：
S110：扫描样本树，得到树干组件形成点云数据并上传存储至树干组件库；所述树干组件包括树的主干和分支；所述分支包括直接与主干相连的分支和间接与主干相连的分支。
在一个或多个实施例中，扫描样本树得到树干组件形成点云数据的过程包括：
从不同的方向扫描得到树木数据，然后校正，再进行拟合得到点云数据。
在具体实施中，扫描样本树得到树干组件形成点云数据的过程中，还包括：去掉多次扫描中差别较大的错点，再根据密集程度去掉表示树叶的点。
在一个或多个实施例中，上传存储至树干组件库之前，还包括：
将满足3D打印的约束和受力约束的点云数据放入树干组件库中。
其中，3D打印的约束包括模型的连通性以及模型需要满足的最小打印尺寸。受力约束包括模型的自支撑性和稳定性。
S120：在异速生长规律约束下连接筛选出的树干组件并生成树的主体模型；其中，筛选出的树干组件包括主干及与其相连的分支。
在具体实施中，通过直接选择或者二维模型匹配的方法来确定树干组件；
在异速生长规律约束下连接树干组件生成树的主体部分，拖动两个树干组件进行连接，如图4所示。
其中，异速生长规律为：每一层所有的横截面积之和恰好等于其父亲的横截面。
S130：将样本树的几何细节转移到纹理中，投影到树的主体模型上，并在分支处勾画出二维的叶膜，用随机生成的样本点进行填充并生成树叶，如图5所示，生成树木三维模型。
图6是本公开的实施例的一种树木模型生成方法流程图。如图6所示，本公开的实施例的一种树木模型生成方法，至少包括：
S210：采用交互式树木建模方法，生成树木三维模型。
其中，生成树木三维模型的步骤采用上述步骤S110～步骤130来实现，此处不再累述。
S220：将树木三维模型的空间离散化成体素，计算每个体素的可见性；其中，每个体素的可见性为体素周围可看到该体素的视点数量所占总数比率。
其中，每个体素x的可见性V(x)为体素周围可看到该体素的视点数量所占总数比率：
Figure BDA0001890051210000071
Figure BDA0001890051210000072
其中，k表示第k个视点，n表示视点的总数量；
Figure BDA0001890051210000073
是指均匀分布在树周围半球上的视点集合；
V(x,v)是体素x对视点v是否可见的布尔值。
S230：几何优化树木三维模型，使得优化后的树木三维模型满足可打印性。
在具体实施中，几何优化树木三维模型的具体过程为：
通过计算目标打印尺寸和打印空间上限尺寸，得到一个属于[0,1]的范围的层级系数l；
设原来的树叶数目为N，现在的树叶数目为N'，则N'＝l·N，优先减少可见性低的树叶；
建立不同树木叶子的不同层级的数据库；将树叶面片沿着法线方向导出有体积的模型，将叶片的厚度设置成与打印机精度相匹配的值；
逐步减少叶子的层级，定义M为原始树叶几何形状，M'表示简化后的树叶几何形状，M、M'与l的关系可表示为：
M'＝l·M+(1-l)·CH(M)
其中CH(M)表示原始树叶的凸包；
树节点父子半径之间的关系满足：
Figure BDA0001890051210000081
rp表示父亲节点对应的半径，rci表示子节点对应的半径，i对应不同子节点； k表示控制枝干半径沿着拓扑降低方向减少速率因子；kmax表示控制枝干半径沿着拓扑降低方向减少速率最大因子；
其中，k控制着枝干半径沿着拓扑降低方向减少的速率，在设置新的细小树枝的厚度的时候，可以通过用很大的k值对整棵树进行重新调整并尽量保其不变性。我们通过以下公式求出k的最大值：
Figure BDA0001890051210000082
rm表示数主干半径的目标大小，r0是叶子节点对应枝干调整后粗细，保证树木的真实性。
S240：利用有限元分析方法来物理优化满足可打印性的树木三维模型的应力分布。
在具体实施中，利用有限元分析方法来物理优化满足可打印性的树木三维模型的应力分布的具体过程，包括：
对树木三维模型的每个枝干计算端点力和力矩，如图7(a)和图7(b)所示，得到柯西应力张量矩阵Σ；
Figure BDA0001890051210000091
范米塞斯量在材料科学当中是被用来计算材料载荷临界点的，也就是当使得材料出现塑性，永久形变的载荷大小。我们用应力矩阵的主方向计算应力值。从柯西应力张量矩阵中计算出范米赛斯应力的标量值，使得范米赛斯应力的标量值不超过预设临界值。
Figure BDA0001890051210000092
其中σ1、σ2、σ3为应力矩阵的三个特征值。假设当范米赛斯应力的标量值超过临界值的时候会断掉。
在一个或多个实施例中，利用有限元分析方法来物理优化满足可打印性的树木三维模型的应力分布的具体过程，还包括：对模型进行加粗和微调操作；
加粗操作：按照应力超出情况按照比例增大相应树枝的半径；
微调操作：如果当前树枝的方向bi和其应力相关的位移方向di之间的角度θ小于90度，微调方向与应力相关的位移方向di相反，则微调方向为-di如图8(a) 所示；
如果θ大于90度，微调方向与应力相关的位移方向一致，则微调方向为di，如图8(b)所示。
S250：定义模型外壳厚度，产生模型的外壳并打印。
具体地，定义模型外壳厚度为t，并将其作为偏移量然后利用曲面偏移操作产生模型的外壳。
S260：在外壳内部加入填充物，生成仿生树木，如图9所示。
其中，最终结果模型的横截面图，如图10所示。
由于单纯使用仿生木塑料3D打印树木强度低，弹性不足，耐腐蚀抗蠕变性能不足，遭遇大风强对流天气很容易折断，其散落物落入海中容易被海鸟或海洋生物误食，导致死亡。
为此保证使用仿生木保证美观的前提下，本实施例提供了一种三层的可3D 打印的树结构。树结构的最外层使用仿生木3D打印外壳，使3D打印的树能够更好还原真实的树木形态。
由于仿生木质地较脆，容易被外力折断，因此在最内层使用8股碳素钢相互铰接而成的钢芯作为骨架，钢芯可以提供超过仿生木10倍的抗拉伸，抗弯曲性能，但由于特殊的海岛环境，钢铁制品容易被腐蚀，所以在外层仿生木和内层钢芯之间填充掺入碳纤维的环氧树脂，环氧树脂具有极佳的抗腐蚀性能，可以保护内层钢芯；同时添加碳纤维可以大幅提升环氧树脂的抗拉伸，抗扭曲性能，同时为外层仿生木提供支撑。
使用三层可打印树结构相对于原本只使用单一仿生木材料可大幅提升其机械性能，同时减轻重量，防止折断和腐蚀，对环境友好。
本公开提供了一种树木模型建模系统，包括树木模型建模服务器，其被配置为执上如图3所示的交互式树木建模方法中的步骤。
本公开提供了一种树木模型生成系统，包括树木模型生成服务器，其被配置为执行如图6所示的树木模型生成方法中的步骤。
本公开的提供的一种仿生树木，其生成的树木三维模型结构稳定且真实性高。
本公开的提供的一种仿生树木，采用如图6所示的树木模型生成方法生成。
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本公开是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和 /或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM) 或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种树木模型生成方法，其特征在于，包括：
采用交互式树木建模方法，生成树木三维模型；
将树木三维模型的空间离散化成体素，计算每个体素的可见性；其中，每个体素的可见性为体素周围可看到该体素的视点数量所占总数比率；
几何优化树木三维模型，使得优化后的树木三维模型满足可打印性；
利用有限元分析方法来物理优化满足可打印性的树木三维模型的应力分布；
定义模型外壳厚度，产生模型的外壳并打印；
在外壳内部加入填充物，生成仿生树木；
所述交互式树木建模方法，包括：
扫描样本树，得到树干组件形成点云数据并上传存储至树干组件库；所述树干组件包括树的主干和分支；所述分支包括直接与主干相连的分支和间接与主干相连的分支；
在异速生长规律约束下连接筛选出的树干组件并生成树的主体模型；其中，筛选出的树干组件包括主干及与其相连的分支；
将样本树的几何细节转移到纹理中，投影到树的主体模型上，并在分支处勾画出二维的叶膜，用随机生成的样本点进行填充生成树叶，生成树木三维模型。
2.如权利要求1所述的一种树木模型生成方法，其特征在于，扫描样本树得到树干组件形成点云数据的过程包括：
从不同的方向扫描得到树木数据，然后校正，再进行拟合得到点云数据。
3.如权利要求1所述的一种树木模型生成方法，其特征在于，上传存储至树干组件库之前，还包括：
将满足3D打印的约束和受力约束的点云数据放入树干组件库中。
4.如权利要求1所述的一种树木模型生成方法，其特征在于，几何优化树木三维模型的具体过程为：
通过计算目标打印尺寸和打印空间上限尺寸，得到一个属于[0,1]的范围的层级系数l；
设原来的树叶数目为N，现在的树叶数目为N'，则N'＝l·N，优先减少可见性低的树叶；
建立不同树木叶子的不同层级的数据库；将树叶面片沿着法线方向导出有体积的模型，将叶片的厚度设置成与打印机精度相匹配的值；
逐步减少叶子的层级，定义M为原始树叶几何形状，M'表示简化后的树叶几何形状，M、M'与l的关系可表示为：
M'＝l·M+(1-l)·CH(M)
其中CH(M)表示原始树叶的凸包；
树节点父子半径之间的关系满足：
Figure FDA0002927430330000021
Figure FDA0002927430330000022
其中，rp表示父亲树干的半径；rci表示子节点对应的半径；i对应不同子节点；k表示控制枝干半径沿着拓扑降低方向减少速率因子；kmax表示控制枝干半径沿着拓扑降低方向减少速率最大因子；
rm表示数主干半径的目标大小，r0是叶子节点对应枝干调整后粗细，保证树木的真实性。
5.如权利要求1所述的一种树木模型生成方法，其特征在于，利用有限元分析方法来物理优化满足可打印性的树木三维模型的应力分布的具体过程，包括：
对树木三维模型的每个枝干计算端点力和力矩，得到柯西应力张量矩阵；
从柯西应力张量矩阵中计算出范米赛斯应力的标量值，使得范米赛斯应力的标量值不超过预设临界值。
6.如权利要求5所述的一种树木模型生成方法，其特征在于，利用有限元分析方法来物理优化满足可打印性的树木三维模型的应力分布的具体过程，还包括：对模型进行加粗和微调操作；
加粗操作：按照应力超出情况按照比例增大相应树枝的半径；
微调操作：如果当前树枝的方向和其应力相关的位移方向之间的角度小于90度，微调方向与应力相关的位移方向相反，如果大于90度，微调方向与应力相关的位移方向一致。
7.一种树木模型生成系统，其特征在于，包括树木模型生成服务器，其被配置为执行如权利要求1-6中任一所述的树木模型生成方法中的步骤。
CN201811466918.XA 2018-12-03 2018-12-03 交互式树木建模方法、模型生成方法及系统 Active CN109472861B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811466918.XA CN109472861B (zh) 2018-12-03 2018-12-03 交互式树木建模方法、模型生成方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811466918.XA CN109472861B (zh) 2018-12-03 2018-12-03 交互式树木建模方法、模型生成方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109472861A CN109472861A (zh) 2019-03-15
CN109472861B true CN109472861B (zh) 2021-05-07

Family

ID=65674826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811466918.XA Active CN109472861B (zh) 2018-12-03 2018-12-03 交互式树木建模方法、模型生成方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109472861B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110142840B (zh) * 2019-06-14 2021-05-07 内蒙古农业大学 一种基于核磁共振3d打印木材定向结构的方法
CN112602121B (zh) 2019-08-01 2022-06-24 西门子（中国）有限公司 重构点云模型的方法、装置和系统
CN113223153A (zh) * 2021-05-21 2021-08-06 网易（杭州）网络有限公司 一种树木模型的处理方法和装置
CN114067041B (zh) * 2022-01-14 2022-06-14 深圳大学 三维模型的材质生成方法、装置、计算机设备和存储介质

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104063894B (zh) * 2014-06-13 2017-02-22 中国科学院深圳先进技术研究院 点云三维模型重建方法及系统
CN106503280A (zh) * 2015-09-08 2017-03-15 金陵科技学院 基于手绘的三维可打印实体鲜花自由造型方法
US10395372B2 (en) * 2016-06-28 2019-08-27 University Of Cincinnati Systems, media, and methods for pre-processing and post-processing in additive manufacturing
CN108268698B (zh) * 2017-12-22 2021-04-06 中国建筑第八工程局有限公司 基于3d打印、bim技术的仿真树制作施工方法
CN108537887A (zh) * 2018-04-18 2018-09-14 北京航空航天大学 基于3d打印的草图与模型库三维视图匹配方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109472861A (zh) 2019-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109472861B (zh) 交互式树木建模方法、模型生成方法及系统
Julius et al. D-charts: Quasi-developable mesh segmentation
US10529126B2 (en) Generating slice data from a voxel representation
CN110555285B (zh) 一种复杂飞行器表面结构网格全自动生成方法
CN107223085B (zh) 三维物体子结构
US20170368755A1 (en) Methods and Apparatus for 3D Printing of Point Cloud Data
US20180268086A1 (en) Computer-Implemented Methods for Generating 3D Models Suitable for 3D Printing
EP3234921A1 (en) Creating a voxel representation of a three dimensional (3-d) object
CN108595858A (zh) 基于bim的轻量化深度处理工作方法
CN107111463B (zh) 从树形数据结构生成切片数据
US20190088014A1 (en) Surface modelling
US11567474B2 (en) Systems, methods and file format for 3D printing of microstructures
US20170269575A1 (en) Orientation optimization in 3d printing
CN105204791B (zh) 一种基于应力分析的优化三维打印物体结构的算法
CN111381919A (zh) 形成用于推断可编辑特征树的数据集
CN105479747A (zh) 3d打印方法
Yuan et al. Feature preserving multiresolution subdivision and simplification of point clouds: A conformal geometric algebra approach
Yamakawa et al. Anisotropic tetrahedral meshing via bubble packing and advancing front
WO2020125380A1 (zh) 应用于3d打印设备的数据处理方法和3d打印设备
US7859546B2 (en) Placing skin-attached features on a computer generated character
CN106114876B (zh) 飞机试飞数据的参数辨识方法
CN107767458B (zh) 不规则三角网曲面几何拓扑一致分析方法及系统
US11235532B2 (en) Three-dimensional object substructures
Bo et al. Printable 3D trees
WO2023215009A1 (en) Low-poly mesh generation for three-dimensional models

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant