CN111833452B - 多面体切割三角网的切割方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种多面体切割三角网的切割方法及系统，该方法包括：对原始模型三角网进行预处理，以使原始模型三角网中靠近多面体的三角顶点远离多面体的面；采用多面体的每条棱依次切割原始模型三角网；采用多面体的每个面依次切割原始模型三角网。本发明实施例切割后的模型三角网质量高，切割过程稳定性好，而且形成了刚好落在多面体面上的整齐的切口：原始多面体与原始模型的相交线，从而方便后续应用，完整提取出原始模型在多面体内部和外部的模型三角网。
Description
技术领域
本发明涉及三维模型处理领域，更具体地，涉及一种多面体切割三角网的切割方法及系统。
背景技术
在三维领域，我们通常需要将一个多面体融合到另一个模型的三角网中，实现求两个模型的并集，或者用多面体对另一个模型的三角网进行挤压。其中，多面体除了四面体，其它的都不是三角网结构。多面体融合到另一个模型三角网中的方式有两种：拓扑不连接的融合和拓扑连接的融合。拓扑不连接的融合方式最简单，但是会影响浏览效果，同时由于整体不符合规范的三角网拓扑结构，从而影响融合后模型的后续分析处理。拓扑连接的融合方式可以形成规范的三角网拓扑结构，但该过程会由于模型三角网不规则的形状而变得十分困难。其中，融合过程涉及多面体切割三角网，目前切割方法存在质量低、稳定性差的缺陷。
发明内容
本发明实施例提供一种多面体切割三角网的切割方法及系统，用以解决目前切割方法存在的质量低、稳定性差的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种多面体切割三角网的切割方法，该方法包括：对原始模型三角网进行预处理，以使原始模型三角网中靠近多面体的三角顶点远离多面体的面；采用多面体的每条棱依次切割原始模型三角网；采用多面体的每个面依次切割原始模型三角网。
进一步，所述对原始模型三角网进行预处理，包括：
遍历所述原始模型三角网的每个所述三角顶点，获得所述三角顶点与三角面之间的距离；
筛选出距离小于距离阈值的所述三角顶点，若所述三角顶点位于所述多面体的面的左侧，则向左移动预设距离；若所述三角顶点位于所述多面体的面的右侧，则向右移动预设距离。
进一步，采用所述多面体的每条棱依次切割所述原始模型三角网，包括：
获取所述多面体的每条棱与所述原始模型的三角面的交点；
采用所述交点三角剖分所述交点所在的所述原始模型的三角面；
将剖分后新添加至所述原始模型三角网的交点作为棱切割点。
进一步，多面体切割三角网的切割方法还包括：
统计每条棱的所述棱切割点，以使执行面切割的步骤时跳过对所述棱切割点相连三角边的处理。
进一步，采用所述多面体的每个面依次切割所述原始模型三角网，包括：
获取所述多面体的每个面与所述原始模型的三角边的交点；
采用所述交点半边劈裂所述交点所在的所述原始模型的三角边及其相邻的两个三角面；
将劈裂后新添加至所述原始模型三角网的交点作为面切割点。
第二方面，本发明实施例提供了一种多面体切割三角网的切割系统，该系统包括：预处理模块，用于对原始模型三角网进行预处理，以使原始模型三角网中靠近多面体的三角顶点远离多面体的面；棱切割模块，用于采用多面体的每条棱依次切割原始模型三角网；面切割模块，用于采用多面体的每个面依次切割原始模型三角网。
进一步，所述预处理模块，具体用于遍历所述原始模型三角网的每个所述三角顶点，获得所述三角顶点与三角面之间的距离；筛选出距离小于距离阈值的所述三角顶点，若所述三角顶点位于所述多面体的面的左侧，则将所述三角顶点向左移动预设距离；若所述三角顶点位于所述多面体的面的右侧，则将所述三角顶点向右移动预设距离。
进一步，所述棱切割模块，具体用于获取所述多面体的每条棱与所述原始模型的三角面的交点；采用所述交点三角剖分所述交点所在的所述原始模型的三角面；将剖分后新添加至所述原始模型三角网的交点作为棱切割点；
所述面切割模块，具体用于获取所述多面体的每个面与所述原始模型的三角边的交点；采用所述交点半边劈裂所述交点所在的所述原始模型的三角边及其相邻的两个三角面；将劈裂后新添加至所述原始模型三角网的交点作为面切割点。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的多面体切割三角网的切割方法。
第四方面，本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的多面体切割三角网的切割方法。
本发明实施例提供的多面体切割三角网的切割方法及系统，借助面切割和线切割三角网格技术，通过模型三角网预处理，以及先用多面体的每条棱逐次切割模型三角面，后用多面体的每个面逐次切割模型三角边，实现用多面体整齐地切割模型三角网格技术。切割后的模型三角网质量高，切割过程稳定性好，而且形成了刚好落在多面体面上的整齐的切口：原始多面体与原始模型的相交线，从而方便后续应用完整提取出原始模型在多面体内部和外部的模型三角网。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的立方体和模型的部分三角网相交后网格示意图；
图2为本发明实施例提供的多面体切割三角网的切割方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的模型三角预处理网示意图；
图4为本发明实施例提供的多面体的棱切割模型三角网示意图；
图5为本发明实施例提供的多面体的面与模型三角边的交点劈裂模型三角边及其相邻两个三角面的示意图；
图6为本发明实施例提供的多面体切割三角网的切割系统的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本发明实施例首先提供一种多面体和模型三角网的融合或挤压方法，具体可包括如下步骤：首先多面体和模型三角网求交，得到相交线；然后把相交线添加到多面体和模型的三角网上；沿相交线分割新多面体和新模型三角网；最后将分割出的一部分多面体三角网和一部分模型三角网进行拓扑连接。
其中，添加相交线之前的多面体和模型称为原始多面体和原始模型，添加相交线之后的多面体和模型称为新多面体和新模型。多面体或者模型的三角网中除了要添加相交线，还要添加一些其它的三角边以使整体满足三角网格拓扑结构，从而也实现真正的把相交线添加进去。在后面叙述中，如果没有明确说明，相交线指的就是原始模型和原始多面体的相交线。如图1所示，为立方体和一个模型部分三角网相交后的网格示意图，其中，虚线是两者的相交线。
为了实现上述目的，上述多面体和模型三角网的融合或挤压方法可包括如下步骤：(1)采用原始多面体的棱和面分别切割原始模型三角网，求出模型三角网的切割点(棱切割点和面切割点)。(2)采用上一步的两种切割点和原始多面体的角点重新构建新的多面体三角网，并且使相交线也出现在新多面体三角网上。(3)按照新多面体三角网的相交线的脉络，把新多面体切分成不同的多面体Patch；(4)计算新模型三角网中位于多面体外面的部分，称为外模型。(5)根据多面体patch与外模型的拓扑连接性，对多面体patch进行分类。(6)根据融合和挤压的需求，选择部分多面体Patch与外模型进行三角网拓扑连接。
本发明实施例重点针对上述步骤(1)中的切割步骤，提出一种多面体切割三角网的切割方法。首先对该方法的原理进行说明，原始多面体有多个棱和面，每条棱与原始模型三角面的交点称为棱切割点，每个面与原始模型三角边的交点称为面切割点。在图1中，点A、B、C是棱切割点，点D、E、F、G是面切割点。
由于棱切割点也在多面体的面上，所以为了后续在用多面体的面切割模型的三角边的过程中，方便排除棱切割点相连三角边的干扰，本发明实施例采用的多面体切割模型方法是先求棱切割点，再求面切割点。而且由于原始模型三角网中可能存在跨越了多面体多个棱的大三角面，也可能存在穿越了多面体多个面的长三角边，所以我们需要逐次地用多面体的棱或面切割原始模型三角网，而不宜采用多面体的多个棱或多个面同时并行切割模型三角网的方法。参见图2，上述方法具体包括但不限于如下步骤：
步骤101、对原始模型三角网进行预处理，以使原始模型三角网中靠近多面体的三角顶点远离多面体的面。
具体地，当原始模型的三角顶点刚好在多面体的面上或者距离多面体的面很近的时候，用多面体切割与这样的顶点相关的模型三角面及三角边有可能会产生极小的三角面。而极小的三角面一方面会导致模型三角网质量下降，同时也有可能由于计算机计算精度的限制，导致后续多面体与模型融合与挤压的错误。因此本发明实施例在原始多面体切割原始模型三角网之前设置步骤101，对原始模型三角网进行预处理，使模型三角网中靠近多面体的三角顶点远离多面体的面。
其中，作为一种可选实施例，步骤101具体包括但不限于如下步骤：
步骤1011、遍历原始模型三角网的每个三角顶点，获得三角顶点与三角面之间的距离。
步骤1012、筛选出距离小于距离阈值的三角顶点，若三角顶点位于多面体的面的左侧，则向左移动预设距离；若三角顶点位于多面体的面的右侧，则向右移动预设距离。
具体地，原始模型三角网的预处理过程是：遍历模型三角网的每一个到三角面距离小于阈值顶点，如果模型顶点在多面体面上的左侧，就向左移动一小段距离；如果模型顶点在多面体面上的右侧，就向右移动一小段距离。应当说明的是，由于模型顶点移动的距离是比较小的，所以就可以在不影响视觉体验的提前下提高多面体切割原始模型后三角网的质量。如图3所示，为模型三角网预处理示意图。虚线是多面体的一个平面，应当说明的是，在本发明实施例中为了显示预处理效果，刻意把顶点与平面的距离放大了，实际处理的时候，距离阈值要小很多。
步骤102、采用多面体的每条棱依次切割原始模型三角网。
其中，作为一种可选实施例，该步骤102进一步包括：
步骤1021、获取多面体的每条棱与原始模型的三角面的交点；
步骤1022、采用交点三角剖分交点所在的原始模型的三角面；
步骤1023、将剖分后新添加至原始模型三角网的交点作为棱切割点。
具体地，采用多面体棱切割模型三角网的过程是：首先求多面体的棱与模型三角面的交点，然后用交点三角剖分交点所在的模型三角面，例如图4，为多面体的棱与模型三角面的交点A、B和C三角剖分模型三角面的示意图,点划线就是模型被三角剖分后形成的新的三角边。这些新添加进模型三角网的交点称为棱切割点。
另外，逐次处理多面体一条棱的时候，先通过统计在模型中与该棱相交的所有三角面及相应的交点，然后逐个交点三角剖分相应的模型三角面，就可以求出该多面体棱的所有棱切割点。
作为一种可选实施例，该方法还包括：统计每条棱的棱切割点，以使执行面切割的步骤时跳过对棱切割点相连三角边的处理。
具体地，由于模型的棱切割点在多面体的面的边缘，所以下一步步骤103中采用多面体的每个面切割模型三角边的时候，由于计算机计算精度的缘故，在这一步形成的与棱切割点相连的模型三角边会被错误处理。为了避免这种错误，需要统计每条棱的棱切割点。后面用多面体的每个面切割模型三角边的时候，跳过这些棱切割点相连三角边的处理。
步骤103、采用多面体的每个面依次切割原始模型三角网。
作为一种可选实施例，步骤103可进一步包括如下步骤：
步骤1031、获取多面体的每个面与原始模型的三角边的交点；
步骤1032、采用交点半边劈裂交点所在的原始模型的三角边及其相邻的两个三角面；
步骤1033、将劈裂后新添加至原始模型三角网的交点作为面切割点。
具体地，采用多面体的面切割模型的过程是：首先求多面体的面与模型三角边的交点，然后用交点半边劈裂交点所在的模型三角边及其相邻两个三角面。如图5是图4中立方体的上表面与模型三角边的交点D劈裂该模型三角边及其相邻两个三角面的示意图。通过对图5和图4相比较，可以得出：通过这一步骤103，可以把原始多面体与原始模型的一段相交线AD添加到了新模型的三角网中。这些新添加进模型三角网的交点称为面切割点。
并且，逐次处理多面体一个面的时候，先通过统计在模型中与该面相交的所有模型边及相应的交点，然后逐个的用交点劈裂相应的模型边，就可以求出该多面体面的所有的面切割点。需要注意的是，上一步骤102产生的棱切割点也在多面体的面上，因为在图4中可以看出，与点ABC相连的模型三角边也与多面体的面相交。这些边不能进行劈裂处理，需要借助上一步统计出的多面体的每个面的棱切割点数据信息进行剔除。
综上，本发明实施例提供的多面体切割三角网的切割方法，借助面切割和线切割三角网格技术，通过模型三角网预处理，以及先用多面体的每条棱逐次切割模型三角面，后用多面体的每个面逐次切割模型三角边，实现用多面体整齐地切割模型三角网格技术。切割后的模型三角网质量高，切割过程稳定性好，而且形成了刚好落在多面体面上的整齐的切口：原始多面体与原始模型的相交线，从而方便后续应用完整提取出原始模型在多面体内部和外部的模型三角网。
基于上述实施例的内容，本发明实施例提供了一种多面体切割三角网的切割系统，该多面体切割三角网的切割系统用于执行上述方法实施例中的多面体切割三角网的切割方法。参见图6，该系统包括：预处理模块301，用于对原始模型三角网进行预处理，以使原始模型三角网中靠近多面体的三角顶点远离多面体的面；棱切割模块302，用于采用多面体的每条棱依次切割原始模型三角网；面切割模块303，用于采用多面体的每个面依次切割原始模型三角网。
作为一种可选实施例，预处理模块，具体用于遍历原始模型三角网的每个三角顶点，获得三角顶点与三角面之间的距离；筛选出距离小于距离阈值的三角顶点，若三角顶点位于多面体的面的左侧，则将三角顶点向左移动预设距离；若三角顶点位于多面体的面的右侧，则将三角顶点向右移动预设距离。
作为一种可选实施例，棱切割模块，具体用于获取多面体的每条棱与原始模型的三角面的交点；采用交点三角剖分交点所在的原始模型的三角面；将剖分后新添加至原始模型三角网的交点作为棱切割点；面切割模块，具体用于获取多面体的每个面与原始模型的三角边的交点；采用交点半边劈裂交点所在的原始模型的三角边及其相邻的两个三角面；将劈裂后新添加至原始模型三角网的交点作为面切割点。
本发明实施例提供了一种电子设备，如图7所示，该设备包括：处理器(processor)501、通信接口(Communications Interface)502、存储器(memory)503和通信总线504，其中，处理器501，通信接口502，存储器503通过通信总线504完成相互间的通信。处理器501可以调用存储器503上并可在处理器501上运行的计算机程序，以执行上述各实施例提供的多面体切割三角网的切割方法，例如包括：对原始模型三角网进行预处理，以使原始模型三角网中靠近多面体的三角顶点远离多面体的面；采用多面体的每条棱依次切割原始模型三角网；采用多面体的每个面依次切割原始模型三角网。
此外，上述的存储器503中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的多面体切割三角网的切割方法，例如包括：对原始模型三角网进行预处理，以使原始模型三角网中靠近多面体的三角顶点远离多面体的面；采用多面体的每条棱依次切割原始模型三角网；采用多面体的每个面依次切割原始模型三角网。
以上所描述的电子设备等实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种多面体切割三角网的切割方法，其特征在于，包括：
对原始模型三角网进行预处理，以使所述原始模型三角网中靠近多面体的三角顶点远离所述多面体的面；
采用所述多面体的每条棱依次切割所述原始模型三角网；
采用所述多面体的每个面依次切割所述原始模型三角网；
所述对原始模型三角网进行预处理，包括：
遍历所述原始模型三角网的每个所述三角顶点，获得所述三角顶点与三角面之间的距离；
筛选出距离小于距离阈值的所述三角顶点，若所述三角顶点位于所述多面体的面的左侧，则向左移动预设距离；若所述三角顶点位于所述多面体的面的右侧，则向右移动预设距离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用所述多面体的每条棱依次切割所述原始模型三角网，包括：
获取所述多面体的每条棱与所述原始模型的三角面的交点；
采用所述交点三角剖分所述交点所在的所述原始模型的三角面；
将剖分后新添加至所述原始模型三角网的交点作为棱切割点。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
统计每条棱的所述棱切割点，以使执行面切割的步骤时跳过对所述棱切割点相连三角边的处理。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用所述多面体的每个面依次切割所述原始模型三角网，包括：
获取所述多面体的每个面与所述原始模型的三角边的交点；
采用所述交点半边劈裂所述交点所在的所述原始模型的三角边及其相邻的两个三角面；
将劈裂后新添加至所述原始模型三角网的交点作为面切割点。
5.一种多面体切割三角网的切割系统，其特征在于，包括：
预处理模块，用于对原始模型三角网进行预处理，以使所述原始模型三角网中靠近多面体的三角顶点远离所述多面体的面；
棱切割模块，用于采用所述多面体的每条棱依次切割所述原始模型三角网；
面切割模块，用于采用所述多面体的每个面依次切割所述原始模型三角网；
所述预处理模块，具体用于遍历所述原始模型三角网的每个所述三角顶点，获得所述三角顶点与三角面之间的距离；筛选出距离小于距离阈值的所述三角顶点，若所述三角顶点位于所述多面体的面的左侧，则将所述三角顶点向左移动预设距离；若所述三角顶点位于所述多面体的面的右侧，则将所述三角顶点向右移动预设距离。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述棱切割模块，具体用于获取所述多面体的每条棱与所述原始模型的三角面的交点；采用所述交点三角剖分所述交点所在的所述原始模型的三角面；将剖分后新添加至所述原始模型三角网的交点作为棱切割点；
所述面切割模块，具体用于获取所述多面体的每个面与所述原始模型的三角边的交点；采用所述交点半边劈裂所述交点所在的所述原始模型的三角边及其相邻的两个三角面；将劈裂后新添加至所述原始模型三角网的交点作为面切割点。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4任一项所述多面体切割三角网的切割方法的步骤。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述多面体切割三角网的切割方法的步骤。
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