CN109903389B

CN109903389B - 一种三维模型网格处理方法及系统

Info

Publication number: CN109903389B
Application number: CN201910053200.6A
Authority: CN
Inventors: 陈旋; 周海; 王洪建
Original assignee: Jiangsu Aijia Household Products Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Aijia Household Products Co Ltd
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2022-07-08
Anticipated expiration: 2039-01-21
Also published as: CN109903389A

Abstract

本发明公开了一种用于室内家装设计，自动识别三维模型网格密集区域并自动局部网格简化的方法及系统。本发明可以让用户在家装设计过程中，尤其是在软装安装过程中，对一些初始具有大量三角面片的网格模型自动化识别出网格密集型区域，然后对该区域进行局部地网格简化处理，使得简化后的网格模型具备保持基本外形特征的效果，而且大大降低数据量，便捷用户在室内家装设计软件系统中使用。

Description

一种三维模型网格处理方法及系统

技术领域

本发明公开了一种用于室内家装设计，自动识别三维模型网格密集区域并自动局部网格简化的方法及系统。

背景技术

目前室内家装设计软件系统，会有上传许多家具等网格模型到室内可视化功能，但是经常会出现网格数目过多，导致模型数据量过大，系统出现奔溃。许多大型模型会让做模型的技术人员手动线下使用一些商业软件进行网格简化处理，但是全局的网格简化处理有时会破坏模型原有的形状，因此自动化的网格局部处理功能急需嵌入到家装设计软件系统。

发明内容

本发明的提供了一种用于室内家装设计，自动识别三维模型网格密集区域并自动局部网格简化的方法及系统，其可以较好地解决现有技术中模型网格数量过多、数量过大的问题。

技术方案是：

一种三维模型网格处理方法，包括自动识别三维模型网格密集区域的流程和自动局部网格简化的流程；

自动识别三维模型网格密集区域的流程，包括以下步骤：

步骤1，获得三维模型中的网格数据；

步骤2，获得网格数据当中每个面的法向量，所述的法向量指向三维模型的外部；

步骤3，选择一个网格面片，执行相似面片遍历步骤，将遍历得到的结果归为第一集合；

步骤4，选择一个三维模型中不属于第一集合中的面片，再次执行相似面片遍历步骤，遍历得到的结果归为第二集合；

步骤5，对整个三维模型中的面片完成遍历后，将全部的网格面片归类为多个集合；

所述的相似面片遍历步骤的步骤包括：分别计算选择的面片与周围相邻的面片法向量的内积，将内积大于设定阈值的面片归入面片集合，并且再次计算新归入面片集合的面片与周围相邻面片法向量的内积，将内积大于设定阈值的面片再归入面片集合，直至未遍历到内积大于阈值的面片；

自动局部网格简化的流程，包括以下步骤：

步骤6，对步骤5中得到的一个集合，作为待处理集合，获得待处理集合当中网格面片的中心点，获得中心点到待处理集合中网格面片构成的区域的边界点的平均距离，以中心点和平均距离构建出一个球体；

步骤7，筛选出待处理集合中位于球体内部的网格面片，并对筛选出的网格面片进行网格重构化处理。

在一个实施方式中，步骤2需要对法向量进行归一化处理。

在一个实施方式中，0.9<设定阈值<1，优选0.98。

在一个实施方式中，步骤5中还包括对集合当中网格面片的数量的筛选步骤，网格面片数量大于设定阈值的集合步骤6进行处理。

在一个实施方式中，步骤6中的中心点是通过待处理集合中三角面片构成的区域的边界点都坐标求和后取平均值得到的。

在一个实施方式中，步骤6中球体的半径还需要乘以一个自定义系数，以调节球体的大小。

在一个实施方式中，步骤7当中对于待处理集合中网格面片构成的区域的边界上的网格面片不进行后续的网格重构化处理。

在一个实施方式中，步骤6和步骤7重复进行直到将步骤5中得到的集合全部处理完毕。

在一个实施方式中，步骤7中的网格重构化处理中需要对重构网格的期望边长进行设定。

一种三维模型网格处理系统，包括自动识别三维模型网格密集区域的模块以及自动局部网格简化的模块；

其中，

自动识别三维模型网格密集区域的模块，包括：

网格数据获取模块，用于获得三维模型中的网格数据；

方向获取模块，用于获得网格数据当中每个面的法向量，所述的法向量指向三维模型的外部；

相似面片遍历模块，用于分别计算选择的面片与周围相邻的面片法向量的内积，将内积大于设定阈值的面片归入面片集合，并且再次计算新归入面片集合的面片与周围相邻面片法向量的内积，将内积大于设定阈值的面片再归入面片集合，直至未遍历到内积大于阈值的面片；

网格归类模块，用于选择一个网格面片，通过相似面片遍历模块对网格面片进行遍历，得到的结果归为第一集合；并且再选择一个三维模型中不属于第一集合中的面片，再次执行相似面片遍历步骤，遍历得到的结果归为第二集合；并对整个三维模型中的面片完成遍历后，将全部的网格面片归类为多个集合；

自动局部网格简化的模块，包括：

球体确定模块，用于对网格归类模块中得到的一个集合，作为待处理集合，获得待处理集合当中网格面片的中心点，获得中心点到待处理集合中网格面片构成的区域的边界点的平均距离，以中心点和平均距离构建出一个球体；

重构网格模块，用于筛选出待处理集合中位于球体内部的网格面片，并对筛选出的网格面片进行网格重构化处理。

在一个实施方式中，方向获取模块还对法向量进行归一化处理。

在一个实施方式中，相似面片遍历模块中，0.9<设定阈值<1，优选0.98。

在一个实施方式中，网格归类模块还对集合当中网格面片的数量的筛选，网格面片数量大于设定阈值的集合再送入自动局部网格简化的模块进行处理。

在一个实施方式中，球体确定模块中的中心点是通过待处理集合中三角面片构成的区域的边界点都坐标求和后取平均值得到的。

在一个实施方式中，球体确定模块中的球体的半径还需要乘以一个自定义系数，以调节球体的大小。

在一个实施方式中，重构网格模块对于待处理集合中网格面片构成的区域的边界上的网格面片不进行后续的网格重构化处理。

在一个实施方式中，重构网格模块对网格归类模块中获得的集合依次处理，直至处理完毕。

一种记载有可以运行上述的三维模型网格处理方法的程序的计算机可读介质。

有益效果

本发明可以让用户在家装设计过程中，尤其是在软装安装过程中，对一些初始具有大量三角面片的网格模型自动化识别出网格密集型区域，然后对该区域进行局部地网格简化处理，使得简化后的网格模型具备保持基本外形特征的效果，而且大大降低数据量，便捷用户在室内家装设计软件系统中使用。

附图说明

图1是初始冰箱网格模型，图2是局部网格简化处理后的结果。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。应当理解，给出这些示例性实施例仅是为了使相关领域的技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

虽然本申请对根据本申请的实施例的系统中的某些系统、模块或单元做出了各种引用，然而，任何数量的不同模块可以被使用并运行在客户端和/或服务器上。所述模块仅是说明性的，并且所述系统和方法的不同方面可以使用不同模块。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本发明提供了一种用于室内家装设计的自动识别三维模型网格密集区域并自动局部网格简化的方法及系统，包括自动识别三维模型网格密集区域的流程和自动局部网格简化的流程。

I.自动识别三维模型网格密集区域的流程：

1.加载网格模型数据(模型ID号，模型的所有面即每个面的ID号：FaceID以及每个面上所有点的坐标信息)；本发明当中，所述的网格模型用三维点坐标数值，以及这些点构成的三角形、四边形或者其它多边形表达；在以下的实施例当中，是以三角面片为例。

2.计算每个三角面片的法向量(约定每个面计算的法向量都朝外)，并将其归一化，与每个三角面片一一匹配好；

3.根据法向量进行分组，具体分组方法如下：

3.1. 设置一个阈值ratio (例如可以设置为0.98); 这里阈值的大小可以根据所期望的三角面片相互之间的近似性来进行设定，如果希望近似性越高，可以设置更大接近于1的阈值；

3.2. 先声明一个面的集合FirstSet, 这个集合是用于归类第一组具有相似性的三角面片；首先，随机选择三维模型的面片当中的任意一个，将其作为初始的面片，计算第一个面与其周围面的法向量之间的相似性(具体计算相似性的方法是计算两个面的单位法向量的内积)，如果三角面片相互之间的方向更加相似的话，他们之间的内积就会接近于1，通过这样的一个计算，可以非常快速的挑选出相似方向的三角面片，将高于阈值ratio之上的所有的面加入到集合FirstSet当中，使得这个集合当中归类为平面方向相似的一组三角面片，并记录已经添加到FirstSet中的所有的面；然后依次计算新添加到FirstSet中的面与其相邻的面(已经在FirstSet集合中的面不需要重复计算) 之间的方向关系，原来是采用计算法向量的内积进行判定，并对再次选出的方向相似的三角面片，归类至FirstSet中；不断重复上述的过程，对新加入集合当中的三角面片的周围进行遍历，并不断把新找到的三角面片归类至FirstSet中，直到不能够再找到新的具有近似性的三角面片，此时得到的集合FirstSet当中，归类了在三维模型当中由若干个方向相近似的三角面片所构成的一个区域。

3.3. 接下来需要对未归类进集合FirstSet当中的其他三角面片再次进行上述方法的判定，目的是为了归类其他的由若干相似的三角面片所构成的区域，因此需要再选择一个新的三角面片，作为初始的面片，可以采用的方法是随机再选择一个面片，判断第二个面是否已经在上述集合FirstSet中，如果不在，则声明面的集合SecondSet，将第二个面加入到SecondSet中，然后计算第二个面与其相邻面的法向量之间的相似性,将相似性高于阈值ratio的面添加到集合SecondSet中；这个遍历过程与步骤3.2类似，如果遍历到已经归属于集合FirstSet的三角面片，则对这个三角面片不进行判定，仍然将其归类于集合FirstSet；不断重复这个遍历过程，直到不能够再找到新的具有近似性的三角面片，此时得到的集合SecondSet当中，归类了在三维模型当中由若干个方向相近似的三角面片所构成的另一个区域。

3.4. 按照上述步骤依次判段第三个面，第四个面等等，直到所有的面分配到各自的组当中；

4.统计步骤3中每一组三角面片的个数NumOfTriangles;

5.设置三角面片个数限定阈值MinNum,对步骤4中的三角面片个数NumOfTriangles进行判定，当NumOfTriangles>MinNum时，记录下这些组Groups，这些Groups区域命名为网格密集区域。本步骤当中是为了对具有足够数量的并且相似三角面片的这些集合进行筛选，这些集合会显著地影响到对于网格简化处理的效率和效果；而对于那些数量较少、甚至是只有一个三角面片构成的集合，并不需要对其进行简化处理。

II. 自动局部网格简化的方法如下：

本步骤的目的是用于对上面的方法当中所获得的网格密集区域进一步进行简化，对上述自动识别三维模型网格密集区域流程中产生的网格密集区域(命名为Groups区域),进一步做如下处理：

1．取出Groups这些组里面的三角网格，并逐一存到一个集合中，该集合命名为ToBeRemoved,然后依次从ToBeRemoved集合里面取出一组具有相似性的三角面片的集合，例如命名为PartTriangles；

2．从原始网格模型中选中步骤1中所有的PartTriangles，利用这些PartTriangles构建该部分的独立网格，接着执行以下步骤：(1)计算该网格区域的边界点BoundaryPoints;(2)将这些BoundaryPoints坐标求和，取平均值得到近似中心点Center;(3)计算Center到边界点集的距离，并取距离的平均值aveLength; 本步骤的目的可以获得这个网格区域的一个近似中心，并且获得边界上的各个点到这个中心的平均距离，通过本步骤可以获得一个球心以及球的半径，便于后续的构建球体的步骤；

3.设置一个收缩系数shrinkage,以及以Center为球心，aveLength*shrinkage为球的半径构建一个球体Sphere,该步骤的目的是取PartTriangles的整体或者局部三角面片，即区域大小选择性重构PartTriangles里面的三角网格，可以避免影响PartTriangles区域边界附件的网格。

4.统计PartTriangles里面的三角面片，将这些三角面片中三点都在上述步骤3中Sphere球体内部的三角面片加入到一个新的三角面片集合中NewTrianglesSet；收缩系数shrinkage的大小可以进行手动设定，只要能够保证其不影响到关键的边界区域上的三角面片即可。对于一个具有相似性的三角面片集合来说，这个集合所表示的区域当中边界上的三角面片处于不同的区域的分界线处，这些三角面片较好的能够反映出曲面变化的情况，因此，通过上述的构建球体的方式对三角面片进行进一步筛选，一方面可以保持区域边界位置的三角面片原有形状，另一方面，这种计算方法只涉及到了空间当中坐标的直接运算，不需要涉到复杂的三维建模，具有运算效率高的优点; 至此，就获得了一个具有相似的平面方向关系、又不会影响到区域边界附近曲面轮廓的三角面片的集合，对这个集合进行网格重构处理便可以对其进行简化；

5.对上述步骤4中NewTrianglesSet中的三角网格进行网格重构，网格的重构可以采用通用的Remesh方法进行，本发明中没有特别的限定；网格重构的一个重要输入就是期望的边长，设置期望边长targetlength=scale*aveLength,scale是边长扩大因子。

基于以上的方法，本发明还提供了一种三维模型网格处理系统，包括自动识别三维模型网格密集区域的模块以及动局部网格简化的模块；

其中，

自动识别三维模型网格密集区域的模块，包括：

网格数据获取模块，用于获得三维模型中的网格数据；

自动局部网格简化的模块，包括：

本发明还提供了一种记载有可以运行上述的三维模型网格处理方法的程序的计算机可读介质。

此外，本领域技术人员可以理解，本申请的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。

计算机可读信号介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读信号介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读信号介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、射频信号、或类似介质、或任何上述介质的组合。

本申请各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等，常规程序化编程语言如C语言、Visual Basic、Fortran 2003、Perl、COBOL 2002、PHP、ABAP，动态编程语言如Python、Ruby和Groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(SaaS)。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

Claims

1.一种三维模型网格处理方法，其特征在于，包括自动识别三维模型网格密集区域的流程和自动局部网格简化的流程；

自动识别三维模型网格密集区域的流程，包括以下步骤：

步骤1，获得三维模型中的网格数据；

自动局部网格简化的流程，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的三维模型网格处理方法，其特征在于，步骤2需要对法向量进行归一化处理； 0.9<设定阈值<1。

3.根据权利要求1所述的三维模型网格处理方法，其特征在于，步骤5中还包括对集合当中网格面片的数量的筛选步骤，网格面片数量大于设定阈值的集合步骤6进行处理。

4.根据权利要求1所述的三维模型网格处理方法，其特征在于，步骤6中的中心点是通过待处理集合中三角面片构成的区域的边界点都坐标求和后取平均值得到的；步骤6中球体的半径还需要乘以一个自定义系数，以调节球体的大小；步骤7当中对于待处理集合中网格面片构成的区域的边界上的网格面片不进行后续的网格重构化处理。

5.根据权利要求1所述的三维模型网格处理方法，其特征在于，步骤6和步骤7重复进行直到将步骤5中得到的集合全部处理完毕；步骤7中的网格重构化处理中需要对重构网格的期望边长进行设定。

6.一种三维模型网格处理系统，其特征在于，包括自动识别三维模型网格密集区域的模块以及自动局部网格简化的模块；

其中，

自动识别三维模型网格密集区域的模块，包括：

网格数据获取模块，用于获得三维模型中的网格数据；

自动局部网格简化的模块，包括：

7.根据权利要求6所述的三维模型网格处理系统，其特征在于，方向获取模块还对法向量进行归一化处理；相似面片遍历模块中，0.9<设定阈值<1；网格归类模块还对集合当中网格面片的数量的筛选，网格面片数量大于设定阈值的集合再送入自动局部网格简化的模块进行处理；球体确定模块中的中心点是通过待处理集合中三角面片构成的区域的边界点都坐标求和后取平均值得到的；球体确定模块中的球体的半径还需要乘以一个自定义系数，以调节球体的大小。

8.根据权利要求6所述的三维模型网格处理系统，其特征在于，重构网格模块对于待处理集合中网格面片构成的区域的边界上的网格面片不进行后续的网格重构化处理。

9.根据权利要求6所述的三维模型网格处理系统，其特征在于，重构网格模块对网格归类模块中获得的集合依次处理，直至处理完毕。

10.一种记载有可以权利要求1-5任一项所述的三维模型网格处理方法的程序的计算机可读介质。