CN113269890B - 边界面网格生成方法、智能终端以及存储装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种边界面网格生成方法、智能终端以及存储装置，该生成方法包括：S101：获取边界面网格生成对象的骨骼边，根据骨骼边对应的实体的横截面获取实体的边实体线框沿骨骼边方向的边界线；S102：遍历边界面网格生成对象的类型一骨骼连接点，获取以类型一骨骼连接点为圆心的球面与类型一骨骼边对应的实体的边实体线框的边界线的交点，根据交点生成连接点处三角形网格，类型一骨骼边为与类型一骨骼连接点连接的骨骼边；S103：通过交点将连接点处三角形网格与类型一骨骼边对应的实体连接。本发明能够在保有骨骼拓扑和满足横截面信息的前提下生成数量精简的三角形网格，网格生成效率高，稳定性好。

Description

边界面网格生成方法、智能终端以及存储装置

技术领域

本发明涉及计算机图形学领域，尤其涉及一种边界面网格生成方法、智能终端以及存储装置。

背景技术

骨骼是中轴线(medial axis)的分段直线段近似。其中，骨骼应具有同源性、极细性和中心性；同源性要求骨骼与原有实体具有同样的拓扑性（相同物体、孔洞、空腔的数量），极细性要求骨骼为曲线或直线（一维几何），中心性要求骨骼位于对应维度几何体的中心。

现有技术中，骨骼具有能够使用极少的自由度最大限度地表达了原有几何体的拓扑和几何特性。因此，其常被用于替代原有复杂的实体或空间曲面来进行分析和几何操作。这些分析和操作过程中涉及到骨骼重建为实体的内容。其中，在常用的骨骼重建为边界面网格表达的实体的方法中，连接点处网格的生成计算量大，花费时间长，而且生成的网格数量多，生成效率低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种边界面网格生成方法、智能终端以及存储装置，利用骨骼边对应的实体的横截面形状获取实体的边实体线框，将骨骼连接点形成的球面与该边实体线框的边界线求交获取交点，根据该交点生成连接点处三角形网格，并将三角形网格与实体连接，能够在保有骨骼拓扑和满足横截面信息的前提下生成数量精简的三角形网格，网格生成效率高，稳定性好。

为解决上述问题，本发明采用的一个技术方案为：一种边界面网格生成方法，所述边界面网格生成方法包括：S101：获取边界面网格生成对象的骨骼边，根据所述骨骼边对应的实体的横截面获取所述实体的边实体线框沿所述骨骼边方向的边界线；S102：遍历所述边界面网格生成对象的类型一骨骼连接点，获取以所述类型一骨骼连接点为圆心的球面与类型一骨骼边对应的实体的边实体线框的边界线的交点，根据所述交点生成连接点处三角形网格，所述类型一骨骼边为与所述类型一骨骼连接点连接的骨骼边，所述类型一骨骼连接点连接的类型一骨骼边的数量大于等于2，所述交点位于所述连接点处三角形网格上；S103：通过所述交点将所述连接点处三角形网格与所述类型一骨骼边对应的实体连接。

进一步地，所述获取边界面网格生成对象的骨骼边的步骤具体包括：获取所述边界面生成对象的骨骼以及横截面的信息，所述信息包括骨骼连接点的位置信息、骨骼边与所述骨骼连接点的连接关系、骨骼边对应的实体的横截面信息。

进一步地，所述根据所述骨骼边对应的实体的横截面获取所述实体的边实体线框沿所述骨骼边方向的边界线的步骤具体包括：将所述横截面投影至与所述骨骼边垂直的平面上，将所述骨骼边沿所述平面平移至横截面投影的每个顶点生成所述边实体线框沿所述骨骼边方向的边界线，并沿所述横截面的边将所述边界线以平面连接构成所述边实体线框的边界。

进一步地，所述球面的半径大于所述类型一骨骼边的相交点到所述类型一骨骼连接点的距离。

进一步地，所述根据所述交点生成连接点处三角形网格的步骤具体包括：对所述交点进行凸包计算获取凸包多面体，根据所述凸包多面体生成三角形网格，根据所述三角形网格生成连接点处三角形网格。

进一步地，所述根据所述三角形网格生成连接点处三角形网格的步骤具体包括：控制所述交点沿指向所述类型一骨骼连接点的方向移动，并控制所述交点对应的三角形网格的连接关系不变且不与不存在所述交点的边实体线框相交。

进一步地，所述通过所述交点将所述连接点处三角形网格与所述类型一骨骼边对应的实体连接的步骤具体包括：根据所述交点形成所述类型一骨骼边对应的边实体线框沿所述类型一骨骼边方向的类型一边界线，并通过所述类型一边界线、所述边实体线框上与所述类型一边界线连接的边界线形成平面，根据所述平面生成网格。

进一步地，所述通过所述交点将所述连接点处三角形网格与所述类型一骨骼边对应的实体连接的步骤之后还包括：对连接的骨骼边仅为一条的类型二骨骼连接点进行保留开口、网格封闭、网格补洞、网格填充中的任一种处理。

基于相同的发明构思，本发明还提出一种智能终端，所述智能终端包括处理器、存储器，所述处理器与所述存储器通信连接，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器根据所述计算机程序执行如上所述的边界面网格生成方法。

基于相同的发明构思，本发明又提出一种存储装置，所述存储装置存储有程序数据，所述程序数据被用于执行如上所述的边界面网格生成方法。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：利用骨骼边对应的实体的横截面形状获取实体的边实体线框，将骨骼连接点形成的球面与该边实体线框的边界线求交获取交点，根据该交点生成连接点处三角形网格，并将三角形网格与实体连接，能够在保有骨骼拓扑和满足横截面信息的前提下生成数量精简的三角形网格，网格生成效率高，稳定性好。

附图说明

图1为本发明边界面网格生成方法一实施例的流程图；

图2为本发明边界面网格生成方法中另一实施例的流程图；

图3为本发明边界面网格生成方法中骨骼一实施例的示意图；

图4为本发明边界面网格生成方法中交点获取一实施例的示意图；

图5为本发明边界面网格生成方法中边实体线框上形成梯形平面一实施例的示意图；

图6为本发明智能终端一实施例的结构图；

图7为本发明存储装置一实施例的结构图。

具体实施方式

为了使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各个实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本发明所要求保护的技术方案。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“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他步骤或单元。

请参阅图1-5，其中，图1为本发明边界面网格生成方法一实施例的流程图；图2为本发明边界面网格生成方法中另一实施例的流程图；图3为本发明边界面网格生成方法中骨骼一实施例的示意图；图4为本发明边界面网格生成方法中交点获取一实施例的示意图；图5为本发明边界面网格生成方法中边实体线框上形成梯形平面一实施例的示意图。结合附图1-5对本发明的边界面网格生成方法作详细说明。

在本实施例中，执行边界面网格生成方法的设备为电脑，在其他实施例中，也可以为虚拟机、云平台、服务器以及其他能够加载边界面网格生成对象并对进行边界面网格生成的设备。

在本实施例中，边界面网格生成对象为三维骨骼，在其他实施例中，还可以为二维骨骼或类似于三维骨骼的能够用于对三维实体进行表达的对象，如无或有权图、无或有向图，维度可为二维或三维。

本发明以三维骨骼及每段骨骼（单条曲线）的横截面多边形为输入；输出为三角形网格以表达相对应的几何实体边界。

本发明中的三维骨骼定义为一个连通图，使得其骨骼边的表达式为：E=[e_i]，e_i表示为第i条骨骼边，E为骨骼边的集合。骨骼边为直线段或分段直线段连接骨骼连接点形成。

骨骼连接点的表达式为：V=[v_i]，其中，V为骨骼连接点的集合，v_i表示第i个骨骼连接点。图3为骨骼的一个示意图，该骨骼由3个骨骼边（e₁、e₂、e₃）在1个连接点（v₁）处连接而成。

本实施例中的三维骨骼各段的横截面信息以C=[c_i]表示，其中，C为横截面的集合，c_i为第i个横截面。横截面为一个多边形，包含但不限于第i个边的横截面形状。比如，图4中的环绕3个骨骼边（e₁、e₂、e₃）末端的连接点（v₂、v₃、v₄）的多边形（a₁→a₂→a₃→a₄→a₁、b₁→b₂→b₃→b₁、c₁→c₂→c₃→c₄→c₅→c₁）就是对应的3个骨骼边的横截面。

在一个实施例中，边界面网格生成方法包括：

S101：获取边界面网格生成对象的骨骼边，根据骨骼边对应的实体的横截面形状获取实体的边实体线框沿骨骼边方向的边界线。

在本实施例中，获取边界面网格生成对象的骨骼边的步骤具体包括：获取边界面生成对象的骨骼以及横截面的信息，信息包括骨骼连接点的位置信息、骨骼连接点连接的骨骼边的信息、骨骼边对应的实体的横截面信息。骨骼连接点连接的骨骼边的信息包括骨骼连接点与哪一套骨骼边连接的信息。横截面信息包括横截面的位置、形状、边界等信息。

在本实施例中，根据骨骼边对应的实体的横截面形状获取实体的边实体线框沿骨骼边方向的边界线的步骤具体包括：将横截面投影至与骨骼边垂直的平面上，将骨骼边沿平面平移至横截面投影的每个顶点生成边实体线框沿骨骼边方向的边界线，并沿横截面的边将边界线以平面连接构成该边实体线框的边界。

在一个具体的实施例中，将横截面投影在与骨骼边e垂直的平面P上，假设e对应的横截面的投影为一个以顶点vc₁，vc₂...vc_n定义的多边形，将骨骼边e沿平面P分别平移至投影的每个顶点vc_i形成新的边，将该新的边作为骨骼边e对应的实体的边实体线框的边界线ec₁...ec_n。边界线ec_i之间沿横截面的形状以矩形平面相连则形成了骨骼边e对应的实体的边实体线框沿骨骼边e方向的边界。

S102：遍历边界面网格生成对象的类型一骨骼连接点，获取以类型一骨骼连接点为圆心的球面与类型一骨骼边对应的实体的边实体线框的边界线的交点，根据交点生成连接点处三角形网格，类型一骨骼边为与类型一骨骼连接点连接的骨骼边，类型一骨骼连接点连接的类型一骨骼边的数量大于等于2，交点位于连接点处三角形网格上。

在本实施例中，球面的半径大于类型一骨骼边的相交点到类型一骨骼连接点的距离。其中，相交点为类型一骨骼边相交形成的相交点。

其中，球面的半径可以根据用户自身需求设置，也可以通过公式计算得到。该公式具体为：

，R_max为球面的半径，s_i和s_j为与类型一骨骼连接点v连接的所有类型一骨骼边对应的横截面的外接圆半径中的任意两个。

在一个具体的实施例中，在相连的骨骼边数量不大于或等于2的类型一骨骼连接点处，该类型一骨骼连接点为v，与类型一骨骼连接点v相连的类型一骨骼边为e₁...e_m，获取与该类型一骨骼连接点v相连接的类型一骨骼边e_i对应的实体的边实体线框的边界线，将这些边界线分别与以类型一骨骼连接点v为圆心，半径R的球面（简称球面）求交点，获取的交点为pc₁、...、pc_m。这里球面的半径R应足够大能保证类型一骨骼边连接点v的类型一骨骼边之间不相交。

在本实施例中，根据交点生成连接点处三角形网格的步骤具体包括：对交点进行凸包计算获取凸包多面体，根据凸包多面体生成三角形网格，根据三角形网格生成连接点处三角形网格。其中，凸包计算使用的算法可以为现有的任一种凸包算法，如快速凸包算法、增量法、分治法等能够进行凸包计算的算法。因交点都位于球面上，由于球面是凸面，所以凸包计算的网格一定包含了所有的交点。如此通过凸包多面体生成的三角形网格在尺寸上往往大于我们所需，但是提供了一个良好的三角形的连接关系。

为了减小连接点处三角形网格的尺寸，根据三角形网格生成连接点处三角形网格的步骤具体包括：控制交点沿指向类型一骨骼连接点的方向移动，并控制交点对应的三角形网格的连接关系不变且不与不存在该交点的边实体线框相交。其中，判断是否相交的条件可以用户根据自身需要制定。

在一个具体的实施例中，遍历类型一骨骼连接点v处的所有与其相连的类型一骨骼边e_i，使类型一骨骼边e_i对应的实体的边实体线框的边界线与球面的交点沿着指向v的方向移动，移动过程中保持这些交点所在的三角形网格的连接关系不变（只移动对应的网格节点），并保证三角形与其他边实体线框的边界线不相交，将移动后的三角形网格作为连接点处三角形网格。

在上述实施例中，还可以通过公式

获取三角形网格的交点向骨骼连接点移动的缩近距离。

为类型一骨骼边e_i上的交点的最佳移动距离，s_i为类型一骨骼边e_i对应的横截面的外接圆半径，s_j为与骨骼连接点v连接的除e_i外其他类型一骨骼边的横截面的外接圆半径中的任意一个，R_max为获取交点过程中确定的球面半径。

S103：通过交点将连接点处三角形网格与类型一骨骼边对应的实体连接。

在本实施例中，通过交点将连接点处三角形网格与类型一骨骼边对应的实体连接的步骤具体包括：根据交点形成所述类型一骨骼边对应的边实体线框沿类型一骨骼边方向的类型一边界线，并通过类型一边界线、边实体线框上与类型一边界线连接的边界线形成平面，根据平面生成网格。其中，边实体线框包括类型一边界线、类型二边界线，类型一边界线为方向不垂直于骨骼边的边界线，如果实体是由上述骨骼边平移生成的，那么类型一边界线平行于该骨骼边。

类型二边界线为垂直于边，位于骨骼边端点处横截面平面内的边界线。

通过交点将连接点处三角形网格与类型一骨骼边对应的实体连接的步骤之后还包括：对连接的骨骼边为一条的骨骼连接点进行保留开口、网格封闭、网格补洞、网格填充中的任一种处理。

在一个具体的实施例中，连接点处三角形网格生成之后，移动后的交点位置一定位于骨骼边对应的实体的边实体线框沿骨骼边方向的边界线上；取交点之间的边界线沿横截面多边形的边长方向与边实体线框的边界线构成梯形平面，该边实体线框的边界线与交点之间的边界线对应的骨骼边相同。对这些梯形平面可选择保留其四边形网格（如图5所示），也可拆分生成三角网格，或生成其他形式的网格。这些交点既是骨骼连接点的三角形网的结点，又是骨骼边对应的实体的边实体线框沿骨骼边方向的边界线的端点，这些交点将连接点处的三角网格与骨骼边对应的实体连接起来。

在本实施例中，若骨骼还存在连接的骨骼边数量为1的类型二骨骼连接点（如图3中的v₂只与e₁连接，v₃只与e₂连接，v₄只与e₃连接，v₅、v₆仅与骨骼边e₄连接），则确定相连的骨骼边数量为1的类型二骨骼连接点为骨骼的末端，可进行保留其开口、按照骨骼边的横截面形状用平面网格封闭、也可采取其他已有的网格补洞或填充方法。其中，对于不与任何骨骼边连接的类型三骨骼连接点（如v₇）可不进行处理。

在本实施例中并不考虑还存在两个端点都为类型二骨骼连接点的类型二骨骼边，（如图3中的e₄）。但如需处理类型二骨骼边，方法可采用S101与S103，不需再进行S102操作。

本发明中核心的部分是利用球面一定是凸面的特性，将骨骼边对应的实体的边实体线框与球面的交点进行凸包运算从而得到连接点处三角形网格，经过一系列快速调整后，再将连接处三角形网格与骨骼边的实体部分进行连接性缝合。进行凸包运算的复杂度，对于一个连接点，其计算复杂度为

。通过这种方式大大降低了计算量。

有益效果：本发明边界面网格生成方法利用骨骼边对应的实体的横截面形状获取实体的边实体线框，将骨骼连接点形成的球面与该边实体线框的边界线求交获取交点，根据该交点生成连接点处三角形网格，并将三角形网格与实体连接，能够在保有骨骼拓扑和满足横截面信息的前提下生成数量精简的三角形网格，网格生成效率高，稳定性好。

基于相同的发明构思，本发明还提出一种智能终端，请参阅图6，图6为本发明智能终端一实施例的结构图，结合图6对本发明的智能终端进行说明。

在本实施例中，智能终端包括处理器、存储器，处理器与存储器通信连接，存储器存储有计算机程序，处理器根据计算机程序执行如上述实施例所述的边界面网格生成方法。

基于相同的发明构思，本发明又提出一种存储装置，请参阅图7，图7为本发明存储装置一实施例的结构图。

在本实施例中，存储装置存储有程序数据，该程序数据被用于执行如上述实施例所述的边界面网格生成方法。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的终端、存储装置和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述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单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立地产品销售或使用时，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，本申请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全部或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，包括若干指令用以通过一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述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（英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM）、随机存取存储器（英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种边界面网格生成方法，其特征在于，所述边界面网格生成方法包括：

S101：获取边界面网格生成对象的骨骼边，根据所述骨骼边对应的实体的横截面获取所述实体的边实体线框沿所述骨骼边方向的边界线，其中，根据所述骨骼边对应的实体的横截面获取所述实体的边实体线框沿所述骨骼边方向的边界线的步骤具体包括：

将所述横截面投影至与所述骨骼边垂直的平面上，将所述骨骼边沿所述平面平移至横截面投影的每个顶点生成所述边实体线框沿所述骨骼边方向的边界线，并沿所述横截面的边将所述边界线以平面连接构成所述边实体线框的边界；

S102：遍历所述边界面网格生成对象的类型一骨骼连接点，获取以所述类型一骨骼连接点为圆心的球面与类型一骨骼边对应的实体的边实体线框的边界线的交点，根据所述交点生成连接点处三角形网格，所述类型一骨骼边为与所述类型一骨骼连接点连接的骨骼边，所述类型一骨骼连接点连接的骨骼边的数量大于等于2，所述交点位于所述连接点处三角形网格上；

S103：通过所述交点将所述连接点处三角形网格与所述类型一骨骼边对应的实体连接。

2.如权利要求1所述的边界面网格生成方法，其特征在于，所述获取边界面网格生成对象的骨骼边的步骤具体包括：

获取所述边界面生成对象的骨骼以及横截面的信息，所述信息包括骨骼连接点的位置信息、所述骨骼连接点连接的骨骼边的信息、骨骼边对应的实体的横截面信息。

3.如权利要求1所述的边界面网格生成方法，其特征在于，所述球面的半径大于所述类型一骨骼边的相交点到所述类型一骨骼连接点的距离。

4.如权利要求1所述的边界面网格生成方法，其特征在于，所述根据所述交点生成连接点处三角形网格的步骤具体包括：

对所述交点进行凸包计算获取凸包多面体，根据所述凸包多面体生成三角形网格，根据所述三角形网格生成连接点处三角形网格。

5.如权利要求4所述的边界面网格生成方法，其特征在于，所述根据所述三角形网格生成连接点处三角形网格的步骤具体包括：

控制所述交点沿指向所述类型一骨骼连接点的方向移动，并控制所述交点对应的三角形网格的连接关系不变且不与不存在所述交点的边实体线框相交。

6.如权利要求1所述的边界面网格生成方法，其特征在于，所述通过所述交点将所述连接点处三角形网格与所述类型一骨骼边对应的实体连接的步骤具体包括：

根据所述交点形成所述类型一骨骼边对应的边实体线框沿所述类型一骨骼边方向的类型一边界线，并通过所述类型一边界线、所述边实体线框上与所述类型一边界线连接的边界线形成平面，根据所述平面生成网格。

7.如权利要求1所述的边界面网格生成方法，其特征在于，所述通过所述交点将所述连接点处三角形网格与所述类型一骨骼边对应的实体连接的步骤之后还包括：

对连接的骨骼边为一条的类型二骨骼连接点进行保留开口、网格封闭、网格补洞、网格填充中的任一种处理。

8.一种智能终端，其特征在于，所述智能终端包括处理器、存储器，所述处理器与所述存储器通信连接，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器根据所述计算机程序执行如权利要求1-7任一项所述的边界面网格生成方法。

9.一种存储装置，其特征在于，所述存储装置存储有程序数据，所述程序数据被用于执行如权利要求1-7任一项所述的边界面网格生成方法。

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