CN112712587A - 一种基于三角面片数据生成模型线框的方法 - Google Patents

一种基于三角面片数据生成模型线框的方法 Download PDF

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赵少飞
董建强
吕建让
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Shanghai Grandell Network Technology Co ltd
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Shanghai Grandell Network Technology Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种基于三角面片数据生成模型线框的方法，属于三维模型领域。本发明的基于三角面片数据生成模型线框的方法，通过解析obj格式三维模型的数据结构获取三角面片的三个顶点坐标，利用三角面片的顶点坐标计算出三条边的向量，并根据向量计算出三角面片的法向量，然后将三角面片的法向量与三角面片的三条线段关联并存储形成集合池，之后通过比较共线三角面片的法向量方向，获取三维模型的线框并输出。本发明解决了在无法通过接口直接获取三维面片边框数据的问题。

Description

一种基于三角面片数据生成模型线框的方法
技术领域
本发明属于三维模型领域，尤其是一种基于三角面片数据生成模型线框的方法。
背景技术
近年来，随着科技的不断发展，高新技术层出不穷。虚拟现实技术可以为用户提供更加生动的三维虚拟情景，逐渐成为人们研究的热点之一。虚拟现实技术的研究重点在于三维模型的渲染，其中三维型线框现实功能研究是三维模型渲染研究中的一部分。为实现三维场景中的线框模式和三维模型边框显示功能，需要提取三维模型文件中的线框数据。
三维模型文件中通常不包含线框的信息，常见线框提取方法是应用一些专业的应用软件或者通过一些线框提取算法进行提取。由三角面片组成的三维模型文件在设计线框展示功能时通常需要遍历模型的每个顶点信息，结合三维模型轮廓等信息进行判别，再获得线框信息，步骤繁琐，效率低下。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的获取线框信息效率低下的缺点，提供一种基于三角面片数据生成模型线框的方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种基于三角面片数据生成模型线框的方法，包括以下步骤：
1)解析obj格式的三维模型文件，提取三维模型中每个三角面片的三个顶点坐标；
2)基于每个三角面片的三个顶点坐标构建每个三角面片三个边的向量；
3)基于每个三角面片的三个向量求解每个三角面片的法向量；
4)将每个三角面片的三个顶点坐标建立为索引关系，将索引与其对应法向量相关联，将相关联的数据存储在集合池中；
5)遍历所述集合池，获取有共线的三角面片，比较共线的三角面片之间法向量的夹角，判断所述法向量的夹角是否在预设范围内；
若法向量的夹角在预设范围内，则判定为法线方向一致，则三角面片共线的线段不是边框线；
否则，判定为法线方向不一致，则三角面片共线的线段为边框线；
6)通过索引将边框线集合进行输出。
进一步的，三个顶点坐标为：A(xa，ya，za)、B(xb，yb，zb)和C(xc，yc， zc)。
进一步的，步骤2)中构建每个三角面片三个边向量为
Figure BDA0002856084920000021
和
Figure BDA0002856084920000022
对应为
Figure BDA0002856084920000023
进一步的，步骤3)中三角面片的法向量
Figure BDA0002856084920000024
为：
Figure BDA0002856084920000025
进一步的，步骤5)中的判断方法为：
Figure BDA0002856084920000026
其中，fA、fB分别为同方向向量的三角面片对应的法向量，cosθ为法向量之间的夹角。
进一步的，步骤5)中所述预设范围为10°。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的基于三角面片数据生成模型线框的方法，通过解析obj格式三维模型的数据结构获取三角面片的三个顶点坐标，利用三角面片的顶点坐标计算出三条边的向量，并根据向量计算出三角面片的法向量，然后将三角面片的法向量与三角面片的三条线段关联并存储形成集合池，之后通过比较共线三角面片的法向量方向，获取三维模型的线框并输出。本发明根据边框线的特征原理“三角面片有共线且共线三角面片的法线不一致”进行开发，通过顶点坐标直接计算三角面片的法向量，并计算和对比共线三角面片之间的法向量夹角。本发明方法简便，计算步骤简洁，线框数据获取效率高。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为实施例的线框提取对象；
图3为应用本发明线框提取方法生成的模型线框。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明针对obj格式三维模型文件不能通过接口提取线框数据的情况下，提出了一种基于三角面片数据生成模型线框的方法，通过对比共线三角面片法线的方向，判定共线线段是否为三角面片的线框，并提取出三维模型的线框。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，图1为本发明实施例提供的总体流程图。本发明的基于三角面片数据生成模型线框的方法，包括以下步骤：
1)解析obj格式三维模型文件的数据结构；
2)根据其索引关系提取三角面片的三个顶点坐标A(xa，ya，za)、B(xb， yb，zb)和C(xc，yc，zc)；
3)根据提取的顶点坐标计算三角面片三边线段的向量，分别为：
Figure BDA0002856084920000041
和
Figure BDA0002856084920000042
对应为
Figure BDA0002856084920000043
Figure BDA0002856084920000044
以三条线段向量为基础，根据公式
Figure BDA0002856084920000045
计算出三角面片的法向量
Figure BDA0002856084920000046
Figure BDA0002856084920000047
4)将每个三角面片的三个顶点坐标建立为索引关系，将索引与其对应法向量相关联，将相关联的数据存储在集合池中；
5)获取线段集合池中的共线(共用一条线段)的三角面片，比较共线的三角面片的法向量方向的偏差角度，比较偏差角度是否在10°之内；
若在10°之内，则共线线段不是边框线；
否则，则共线线段是边框线，将其存储并输出。
实施例
参见图2，图2为实施例的线框提取对象，图中为obj格式的三维模型，其共包含1358726个三角面片，应用本发明线框提取方法进行线框提取和展示，线框提取结果如图3所示。
参见图3，图3为应用本发明线框提取方法生成的模型线框，对比图2中的原模型文件，可以看出模型的线框轮廓基本与原模型重合，证明本发明提供的方法有效。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于三角面片数据生成模型线框的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)解析obj格式的三维模型文件，提取三维模型中每个三角面片的三个顶点坐标；
2)基于每个三角面片的三个顶点坐标构建每个三角面片三个边的向量；
3)基于每个三角面片的三个向量求解每个三角面片的法向量；
4)将每个三角面片的三个顶点坐标建立为索引关系，将索引与其对应法向量相关联，将相关联的数据存储在集合池中；
5)遍历所述集合池，获取有共线的三角面片，比较共线的三角面片之间法向量的夹角，判断所述法向量的夹角是否在预设范围内；
若法向量的夹角在预设范围内，则判定为法线方向一致，则三角面片共线的线段不是边框线；
否则，判定为法线方向不一致，则三角面片共线的线段为边框线；
6)通过索引将边框线集合进行输出。
2.根据权利要求1所述的基于三角面片数据生成模型线框的方法，其特征在于，步骤1)中，三个顶点坐标为：A(xa，ya，za)、B(xb，yb，zb)和C(xc，yc，zc)。
3.根据权利要求2所述的基于三角面片数据生成模型线框的方法，其特征在于，步骤2)中构建每个三角面片三个边向量为
Figure FDA0002856084910000011
和
Figure FDA0002856084910000012
对应为
Figure FDA0002856084910000013
4.根据权利要求3所述的基于三角面片数据生成模型线框的方法，其特征在于，步骤3)中三角面片的法向量
Figure FDA0002856084910000014
为：
Figure FDA0002856084910000021
。
5.根据权利要求4所述的基于三角面片数据生成模型线框的方法，其特征在于，步骤5)中的判断方法为：
Figure FDA0002856084910000022
其中，fA、fB分别为同方向向量的三角面片对应的法向量，cosθ为法向量之间的夹角。
6.根据权利要求1所述的基于三角面片数据生成模型线框的方法，其特征在于，步骤5)中所述预设范围为10°。
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