CN114170409A - 一种三维模型的自动判断显示标注的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维模型的自动判断显示标注的方法，具体包括以下步骤：规范三维模型的初始坐标和方向，生成模型的包容立方体；为三维模型的xy平面、yz平面、xz平面制作模型的平面标注；对三维模型进行任意旋转操作，获取三维模型当前的旋转矩阵；计算三维模型的包容立方体初始xy平面、yz平面、xz平面在当前视角平面的投影角度；根据包容立方体初始xy平面、yz平面、xz平面在视角平面的投影面积计算包容立方体三个平面在摄像机平面的投影夹角；选择投影夹角最小的平面显示该平面的三维模型平面标注。本发明优点在于：解决目前三维模型的展示中无法进行尺寸标注的问题，方便设计人员使用，在本领域具有较好的推广前景和市场。

Description

一种三维模型的自动判断显示标注的方法

技术领域

本发明涉及三维可视化技术领域，具体是指一种三维模型的自动判断显示标注的方法。

背景技术

随着计算机技术的发展，立体显示已经成为环境仿真、模拟训练以及规划设计等领域常用的技术手段，甚至开始与电影、电脑游戏等结合产生立体电影和真三维游戏融入人们的日常生活。三维建模软件作为一种重要的三维应用系统成为很多行业的关键软件。

传统的立体显示需要专业的设备进行立体显示，包括支持左右缓存的显卡和支持双通道显示的立体显示设备。基于上述技术，产生了广为流行的虚拟现实技术，在机器仿真、战场模拟等领域得到了广泛的应用。但是由于需要专业设备，成本高昂，也限制了立体显示技术的应用，所以立体显示的应用不能得到推广，大量的三维应用还是采用单通道技术进行显示，缺乏立体感，失去了三维应用应有的显示特性。同时由于立体显示需要专门硬件，特殊的编程技巧，也造成了大量的程序在开发时没有考虑立体显示特性，没有在应用中实现支持立体显示的功能，使得这些程序即使在有立体显示功能的硬件上也无法实现立体显示。这些程序占据了现在三维应用的绝大部分，用户不能达到最佳的应用效果。

传统的零部件标注方法一般通过对设备的三视图或某个基本视图再加上适当的断面图和尺寸标注，这种标注方法只适用于传统的平面绘图部件的标注。随着设计手段的提升，三维数字化设计方法得到大力推广应用，而传统的平面标注方法无法适用于新的三维设计模型的标注，为此，我们提出了一种新的三维模型标注方法。利用这种标注方式，能够统一实体模型几何图像的显示算法，实现信息模型跨平台无损交互，能够实现数据的统一标准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维模型的自动判断显示标注的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明为了解决目前三维模型的展示中无法进行尺寸标注的问题。在目前的三维设计软件或移交平台中进行三维模型的展示是没有尺寸标注的，在需要模型尺寸的时候主要是进行模型剖切再进行尺寸标注。三维模型直接进行尺寸标注其主要问题在于模型在x、y、z三各个平面上的标注如果全部显示会使得标注拥挤且无法分辨。本发明通过对当前窗口中三维模型的位置和姿态的捕获，自动判断三维模型当前需要显示的标注信息，实现模型标注的自动最优化显示，方便设计人员使用。

计算机三维显示的基本原理是将三维场景经过几何变换和光照处理，再栅格化之后，生成一副二维栅格图像在输出设备输出。三维场景中的三维对象是由一系列顶点构成的几何图元组合而成。顶点是一个包含三维空间位置及其对应的渲染参数的坐标点。首先对顶点数据进行透视坐标变换和光照处理。在坐标变换阶段，描述物体几何形态的顶点被变换到视点坐标系下，再进行光照计算确定每个顶点应该具有的颜色和亮度，然后这些几何对象被栅格化成像素，送到帧缓存中等待显示。在三维图形渲染中存在着一系列的坐标变换，最后将物体本身的坐标变换成屏幕上的像素坐标。此时，所有三维对象的坐标均被统一到了同一个坐标系下，经过投影和剪裁形成规格化坐标，再通过栅格化处理形成图形像素。

由于二维平面坐标在透视投影下可以对应无限多个三维坐标。所以栅格化的几何对象包含了每个像素对应的到视点称为深度值的参数，

本发明的核心是利用三维模型的空间变换原理，通过对三维模型的包容立方体坐标进行矩阵变换以转换到当前摄像机空间，通过对包容立方体各面的投影面积计算，得到包容立方体各面在摄像机平面的投影角度，从而选择合适的三维模型标注进行显示。

本发明依赖于计算机图形学中的三维模型渲染流程，包括三维渲染流水线、顶点变换、z缓冲区算法等，根据实现的平台软件不同其实现代码略有不同，但总体思路相同。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种三维模型的自动判断显示标注的方法，具体包括以下步骤：

1)规范三维模型的初始坐标和方向，生成模型的包容立方体；

2)为三维模型的xy平面、yz平面、xz平面制作模型的平面标注；

3)对三维模型进行任意旋转操作，获取三维模型当前的旋转矩阵；

4)计算三维模型的包容立方体初始xy平面、yz平面、xz平面在当前视角平面的投影角度；

5)根据包容立方体初始xy平面、yz平面、xz平面在视角平面的投影面积计算包容立方体三个平面在摄像机平面的投影夹角；

6)选择投影夹角最小的平面显示该平面的三维模型平面标注。

本发明优点在于：解决目前三维模型的展示中无法进行尺寸标注的问题，通过对当前窗口中三维模型的位置和姿态的捕获，自动判断三维模型当前需要显示的标注信息，实现模型标注的自动最优化显示，方便设计人员使用，在本领域具有较好的推广前景和市场。

附图说明

图1三维模型正视示例图。

图2三维模型侧视示例图。

图3三维模型俯视示例图。

具体实施方式

下面用具体实施例说明本发明，并不是对本发明的限制。

实施例

一种三维模型的自动判断显示标注的方法，具体包括以下步骤：

1)规范三维模型的初始坐标和方向，生成模型的包容立方体；

2)为三维模型的xy平面、yz平面、xz平面制作模型的平面标注；

3)对三维模型进行任意旋转操作，获取三维模型当前的旋转矩阵；

4)计算三维模型的包容立方体初始xy平面、yz平面、xz平面在当前视角平面的投影角度；

5)根据包容立方体初始xy平面、yz平面、xz平面在视角平面的投影面积计算包容立方体三个平面在摄像机平面的投影夹角；

6)选择投影夹角最小的平面显示该平面的三维模型平面标注。

步骤1：为了三维标注的平面能够与模型的平面契合，一般需要三维模型在建模时的初始坐标处于坐标原点，如模型不处于坐标原点时可以使用公式1进行坐标平移使其处于原点处。对三维模型的点进行遍历，记录点坐标Pmax_x、Pmax_y、Pmax_z，则由直线生成模型的包容立方体

步骤2：依照模型的三视图二维标注，在模型的xy平面、yz平面、xz平面绘制模型的三维标注。

步骤3：对三维模型进行任意角度的旋转操作，由于旋转操作未涉及到平移，所以旋转后坐标原点不变。假设模型在旋转后，其包容立方体的顶点坐标组

转换为

则存在变换矩阵使得：

P’＝MXP

步骤4：

计算包容立方体初始xy平面、yz平面、xz平面在当前视角平面的投影夹角

包容立方体初始xy平面坐标为[0,0,0][Pxmax,0,0][0,Pymax,0][Pxmax,Pymax,0]

矩阵变换后的xy平面投影坐标为

包容立方体初始yz平面坐标为[0,0,0][0,Pymax,0][0,0,Pzmax][0,Pymax,Pzmax]

矩阵变换后的yz平面投影坐标为

同理可得包容立方体初始xz平面坐标矩阵变换后的投影坐标为

[0,0,0][P’ux,P’uy,P’uz][P’zx,P’zy,P’zz][P’ux+P’zx,P’uy+P’zy,P’uz+P’zz]

根据已知点坐标求面积公式

S＝x1y2+x2y3+x3y1-x2y1-x3y2-x1y3

则可求得包容立方体初始xy平面、yz平面、xz平面在当前视角平面的投影面积为：

Sxy＝|P’ux*P’vy-P’vx*P’uy|

Syz＝|P’vy*P’zz-P’zy*P’vz|

Sxz＝|P’ux*P’zz-P’vz*P’uz|

则可求得包容立方体初始xy平面、yz平面、xz平面在当前视角平面的投影夹角为：

Cosxy＝|(P’ux*P’vy-P’vx*P’uy)/(Pxmax*Pymax)|

Cosyz＝|(P’vy*P’zz-P’zy*P’vz)/(Pymax*Pzmax)|

Cosxz＝|(P’ux*P’zz-P’vz*P’uz)/(Pxmax*Pzmax)|

步骤6：选择投影夹角最小的平面显示该平面的三维模型平面标注

由步骤5得到与当前视角平面夹角最小的平面，对三维模型标注进行遍历，通过控制标注元素的显示隐藏参数对非该平面上的标注进行隐藏控制。

编程思路：

伪代码：

获得转换矩阵M后在各三维软件中获取标注元素进行坐标转换，由于各软件获取标注的方法不尽相同，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种三维模型的自动判断显示标注的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

1)规范三维模型的初始坐标和方向，生成模型的包容立方体；

2)为三维模型的xy平面、yz平面、xz平面制作模型的平面标注；

3)对三维模型进行任意旋转操作，获取三维模型当前的旋转矩阵；

4)计算三维模型的包容立方体初始xy平面、yz平面、xz平面在当前视角平面的投影角度；

5)根据包容立方体初始xy平面、yz平面、xz平面在视角平面的投影面积计算包容立方体三个平面在摄像机平面的投影夹角；

6)选择投影夹角最小的平面显示该平面的三维模型平面标注。

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