CN116664783B - 用于网页环境下复杂三维建模的建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三维建模技术领域，公开了一种用于网页环境下复杂三维建模的建模方法，包括以下步骤：步骤1：构造参考截面；构造参考截面时，按照离散化策略或公式化策略进行构造；所述离散化策略包括在网页中绘制离散点，基于离散点构造封闭曲线，获得参考截面；所述公式化策略包括在网页中调用曲面函数，并设定坐标平面，基于坐标平面的坐标轴设定等分点；基于等分点构造封闭曲线，获得参考截面；步骤2：基于参考截面，调整参考截面位置并按组进行放样操作，进而生成参考实体；步骤3：基于参考实体，组装生成三维模型。本发明能够基于网页端完成复杂三维建模，且具备较高的及时性、直观性和便捷性。

Description

用于网页环境下复杂三维建模的建模方法

技术领域

本发明涉及三维建模技术领域，具体涉及一种用于网页环境下复杂三维建模的建模方法。

背景技术

在机械设计中，常常需要通过三维建模软件，构建设计产品的三维模型，以便于直观观察产品，以及验证各产品零件之间的尺寸比例关系、是否干涉等。传统的三维建模软件如3dsmax、maya、SolidWorks等，均拥有强大的建模能力，但要求用户必须先安装此软件才能进行相关的模型建构，再通过一些基本的几何单元构建出任意复杂的三维模型。且由于此类大型三维设计软件版权费用较高，且对于电脑的配置要求较高，经济成本较高。并且，三维设计软件依赖于本地计算机，局限性较大，不便于移动式办公，也不便于随时查看、调整三维模型。

现今，可以利用Three.js引擎，在网页端进行三维场景的搭建以及三维模型的搭载，一定程度上使得三维设计软件的部分功能可在线化。但是，由于网页端的数据加载能力十分有限，在网页端上构建三维模型时，需要耗费较长的加载时间，及时性欠缺。特别是在构建较为复杂的模型时，每次操作存在的延迟卡顿则更为严重，极为影响建模效率和操作体验感。

发明内容

本发明意在提供一种用于网页环境下复杂三维建模的建模方法，能够基于网页端完成复杂三维建模，且具备较高的及时性、直观性和便捷性。

本发明提供的基础方案为：用于网页环境下复杂三维建模的建模方法，包括以下步骤：

步骤1：构造参考截面；构造参考截面时，按照离散化策略或公式化策略进行构造；所述离散化策略包括在网页中绘制离散点，基于离散点构造封闭曲线，获得参考截面；所述公式化策略包括在网页中调用曲面函数，并设定坐标平面，基于坐标平面的坐标轴设定等分点；基于等分点构造封闭曲线，获得参考截面；

步骤2：基于参考截面，调整参考截面位置并按组进行放样操作，进而生成参考实体；

步骤3：基于参考实体，组装生成三维模型。

本发明的工作原理及优点在于：

本方案基于离散化策略或公式化策略，构造参考截面；再基于参考截面，通过动态调整截面位置并按组选择参考截面放样生成实体，再通过组装实体进而生成三维模型。其中，基于离散化策略，通过绘制离散点，可自定义构造、获取参考截面；基于公式化策略，通过调用曲面函数，并基于设定的坐标轴等分点，可智能获取参考截面。再通过组合不同的参考截面进行放样操作，可构建得到不同形状的实体，再通过组合实体，进而可构建得到复杂形状的三维模型。

特别的是，本方案提出了一种新的基于网页的复杂三维模型的建模方法。相较于现有的在三维设计软件中进行建模的方案，本方案的建模方法基于网页进行，对于硬件配置要求较低，运行成本较低。相较于其他基于网页的在线建模方案，本方案具备更强的建模能力，能够完成具有复杂曲面的复杂三维模型的在线建模。具体地，现有的在线建模方案大多为通过预先设置基本模型库或通过导入基本模型，再通过放缩、平移、旋转等变换，组装基本模型，进而得到实际需要的复杂模型。此类方法能够组成的三维模型复杂度有限，当所需的模型中存在复杂曲面时，实际难以通过基本模型的组合变换得到所需实体，且所需的变换工作量较大。

而本方案则首先突破了常规直接导入简单实体的在线建模定势，通过构造截面进行放样操作来构造模型。现有方案惯常认为此种做法增加了单一实体的构建步骤，并误认为其会增加网页的数据处理量。但是实际上，本方案通过有策略地构造截面，能够简化多个实体导入加载的流程，减少每次实体导入更新时网页的加载耗时和因实体导入--网页刷新而带来的延时（例如，网页上常采用Three.js引擎进行三维模型构建，在每一次加载模型或修改模型坐标后系统会调用Three.js引擎进行三维场景渲染实时刷新场景，每次刷新场景中每一个模型都需要经历一次Draw Cal，造成加载延时），有助于提高在线建模效率。并且，相较于直接导入实体，本方案基于离散化策略或公式化策略构造得到的截面拥有更高的自由度，能够直接满足特定形状的实体建模需求，同时也减少了后续的实体组合变换步骤，能够较便捷地完成复杂模型的在线建模，具有较高的及时性和便捷性。

附图说明

图1为本发明用于网页环境下复杂三维建模的建模方法实施例的方法流程示意图；

图2为本发明用于网页环境下复杂三维建模的建模方法实施例的基于公式化策略的放样操作流程图；

图3为本发明用于网页环境下复杂三维建模的建模方法实施例的不同dfs取值下的三维模型输出表。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

实施例基本如附图1所示：用于网页环境下复杂三维建模的建模方法，包括以下步骤：

步骤1：构造参考截面。

构造参考截面时，按照离散化策略或公式化策略进行构造。

具体地，本实施例中，在调用参考截面时，在网页中调用网络服务器的三维开源软件进行操作。此处采用的三维开源软件为Cad-Query。

所述离散化策略包括在网页中绘制离散点，基于离散点构造封闭曲线，获得参考截面。例如，设定离散点(2.75, 1.5),(2.5, 1.75),(2.0, 1.5),(1.5, 1.0),(1.0,1.25),(0.5, 1.0),(0, 1.0)，基于上述离散点，可构成一参考截面A。再设定离散点(2.75,0.5), (2.5, 0.75),(2.0, 0.5),(1.5, 0.4),(1.0, 0.25),(0.5, 0.4),(0, 0.2)，基于上述离散点，可构成一参考截面B。两参考截面之间存在10的偏距。

所述公式化策略包括在网页中调用曲面函数，并设定坐标平面，基于坐标平面的坐标轴设定等分点；基于等分点构造封闭曲线，获得参考截面。

所述公式化策略中，在调用曲面函数时，将曲面函数转换为基于坐标(x,y)的公式化函数。所述曲面函数包括单峰高斯分布曲面函数、多峰高斯分布曲面函数、抛物柱面函数、圆柱面函数、圆锥面函数、椭球面函数、球面函数、单叶双曲面函数、双叶双曲面函数、椭圆抛物面函数、马鞍面函数，以及其他二次以上（含二次）的曲面函数。

所述公式化策略中，设定坐标平面为X轴与Z轴组成的X-Z底平面，并将曲面函数值设为Y轴；将X轴和Z轴按dfs等分，得到X轴、Z轴上的等分点并分别定义为i和k，由i、k与其对应的曲面函数Y值组成封闭曲线；所述dfs为等分点数。

步骤2：基于参考截面，调整参考截面位置并按组进行放样操作，进而生成参考实体。

针对基于离散化策略得到的参考截面，在进行放样操作时，包括以下步骤：按需设定放样参考线，使得放样参考线穿过2个参考截面，并基于放样参考线进行放样操作，进而生成参考实体。以参考截面A和参考截面B为例，按需调整参考截面A和参考截面B的间距，并设定一放样参考线穿过两截面，进而进行放样操作，生成参考实体。

如附图2所示，针对基于公式化策略得到的参考截面，在进行放样操作时，包括以下步骤：

S1：选取2个参考截面并沿Y轴移动；dfs为等分点数；

移动量分别设定为；

其中，minz和maxz表示X轴和Z轴上的最小值和最大值；即X轴和Z轴上的取值区间均为[minz，maxz]。

具体地，所述dfs的取值（即dfs）与[minz，maxz]、曲面函数的复杂度和曲面拟合精度均建立有关联关系。

在设置[minz，maxz]时，先随机设定一参考范围区间，并在此区间的两端点处进行搜索，若存在峰值，则对应调整区间范围，使得曲面的所有峰值均处于区间内。本实施例中，将多峰高斯分布曲面函数对应的取值区间设定为[0，1]；将其余曲面函数对应的取值区间设定为[-10,10]。此取值区间下，可保证对应曲面中可能有的变化均落在预设的区间范围内，便于完整完成复杂曲面建模。

在设置dfs时，本实施例中，曲面函数的复杂度与曲面函数中加权系数值的大小正相关，具体地，复杂度=0.01*加权系数值。曲面拟合精度与曲面拟合误差值负相关，具体地，精度=曲面拟合误差值/实际值。具体地，当[minz，maxz]设定为[0，1]时，若曲面拟合精度大于0.8且复杂度大于0.5，则dfs取值为1000；若曲面拟合精度小于等于0.8且复杂度小于等于0.5，则dfs取值为100。当[minz，maxz]设定为[-10，10]时，若曲面拟合精度大于0.5且复杂度大于0.3，则dfs取值为1000；若曲面拟合精度小于等于0.5且复杂度小于等于0.3，则dfs取值为100。

如附图3所示，针对不同复杂度和曲面拟合精度的复杂曲面建模，在不同的dfs和[minz，maxz]取值条件下的模型构建效果不一。本方案中，针对不同的建模需求，可自适应地调整dfs取值，适配于不同的建模要求，同时协调建模精度与建模效率。

S2：判断i、k对应的参考截面是否全部处理完毕；若是，则结束步骤；若否，则执行S3；

S3：判断是否所有的i和k均小于dfs；若是，则对选取的2个参考截面进行放样操作；令i=i+1,k=k+1，并返回S2，其中，；若否，则对所有放样操作得到的实体进行布尔加和运算，得到放样实体，并结束步骤。并以该放样实体，作为参考实体。

步骤3：基于参考实体，组装生成三维模型。

组装生成三维模型时，先基于参考实体设定单元体，并按预设叠加路线对单元体进行叠加，进而生成三维模型。

所述单元体包括自定义单元体和标准单元体；所述自定义单元体包括基于离散化策略的参考截面生成的参考实体，以及，自基于公式化策略的参考截面生成的放样实体中选取得到参考单元体；所述标准单元体包括单位体积为的标准立方体、标准球体、标准柱体和标准锥体；其中，maxz为X轴和Z轴上的最大值，dfs为等分点数。参考单元体选取时，基于所需构建的三维模型，提取形状匹配的数个放样实体作为参考单元体。并且，此条件下的标准单元体，能够与自定义单元体中的小块的放样实体相对接，便于组装，有助于提高模型的组装效率。

在叠加单元体时，参与叠加的单元体既包括标准单元体，还包括自定义单元体；其中，自定义单元体能够满足三维模型中的特殊曲面、复杂表面的建模需求，能够实现复杂的三维建模。相较于常规方法，常规的三维建模中往往采用简单体素拼合或截面拉伸回转来构建模型，在构建如具备高斯分布曲面、马鞍面等复杂表面的模型时，则难以构建成形，即使可构建成形，也需要较多次的、较复杂的体素拼合，数据处理量较大。而本方案则无需进行复杂多次的体素拼合，通过各类型单元体的简单合并，即可快速完成复杂建模，数据处理量较小，处理效率较高。

组装生成的三维模型在显示时，将组装生成的三维模型导出为STL文件并加载在网页上，并按照区域显示策略进行模型显示；所述区域显示策略包括，将三维模型划分为显示区块，单个显示区块内包含有个单元体；为各显示区块设定显示优先级。在为各显示区块设定显示优先级时，以三维模型的即时视角为基准，在即时视角下，将处于三维模型的即时视角的可视区域内的显示区块设定为第一显示优先级，其余显示区块设定为第二显示优先级；设定为第一显示优先级的显示区块采用完整显示，设定为第二显示优先级的显示区块采用轮廓显示。在第一显示优先级的显示区块显示完全后，第二显示优先级的显示区块逐步转变为完整显示。这样设置，三维模型能够较快速地在网页中显现，显现效率较高。

本实施例提供的一种用于网页环境下复杂三维建模的建模方法，能够基于网页端完成复杂三维建模，且具备较高的及时性、直观性和便捷性。本方案首先针对复杂三维模型提供了一种便捷的网页环境下的建模方案。相较于现有的在线建模方案，其在进行复杂三维建模时（例如进行具有特殊曲面的模型建模时），往往需要进行复杂且多次的体素拼合，操作流程繁琐，实际建模效果不佳。本方案则突破了常规直接导入简单实体体素的在线建模定势，通过构造截面进行放样操作来构造模型，且无需进行复杂的体素拼合，而是基于有策略地构造截面，再基于截面构造实体。其中，基于离散化策略或公式化策略构造得到的截面拥有更高的自由度，能够直接满足特定形状的实体建模需求，能够大幅减少后续的实体组合变换步骤；公式化策略下的小块放样实体构建，能够降低复杂曲线的放样难度；能够较便捷地完成复杂模型的在线建模，数据处理量较少，CPU占用率较低，具有较高的及时性和便捷性。

并且，本方案能够高效实现复杂模型建模的同时，还能够达到较高的复杂曲面的网页建模精准度。本方案在组成三维模型时，基于自定义单元体和标准单元体组合生成。相较于简单的体素拼合，其在复杂曲面构建中实际易于存在锯齿现象，曲面过渡并不平整。而本方案中的自定义单元体可精准匹配复杂曲面，标准单元体可快速填补三维模型的常规部位，完成精准的三维模型构建，模型表面过渡平滑且均匀，建模效果较佳。

此外，特别的是，本方案能够根据实际模型形状，智能协调建模精度和建模效率。常规处理中，往往不会选择重复进行不同实体的构建，其中的关键原因在于，它们无法有效完成不同的实体与实体之间，特别是存在曲度构造或位置偏置的实体之间的连接与过渡，也无法准确拆分复杂模型。而本方案中则克服了上述技术难点，采用的多个小块的不同放样实体构建方法，利用有策略的模型拆分（基于dfs的拆分），以及放样技术的利用，能够有效解决不同实体之间的连接与过渡问题，保证各个实体间的过渡均是连贯且平滑的，并可达到较高的建模精准度。并且，通过智能的dfs取值调整，可有效拆分复杂模型，相对简化需构建的实体数，可同步保证较高的建模效率。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (8)

1.用于网页环境下复杂三维建模的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：构造参考截面；构造参考截面时，按照离散化策略或公式化策略进行构造；所述离散化策略包括在网页中绘制离散点，基于离散点构造封闭曲线，获得参考截面；所述公式化策略包括在网页中调用曲面函数，并设定坐标平面，基于坐标平面的坐标轴设定等分点；基于等分点构造封闭曲线，获得参考截面；

步骤2：基于参考截面，调整参考截面位置并按组进行放样操作，进而生成参考实体；

步骤3：基于参考实体，组装生成三维模型；

在步骤3中组装生成三维模型时，先基于参考实体设定单元体，并按预设叠加路线对单元体进行叠加，进而生成三维模型；

所述单元体包括自定义单元体和标准单元体；所述自定义单元体包括基于离散化策略的参考截面生成的参考实体，以及，自基于公式化策略的参考截面生成的放样实体中选取得到参考单元体；所述标准单元体包括单位体积为的标准立方体、标准球体、标准柱体和标准锥体；其中，maxz为X轴和Z轴上的最大值，dfs为等分点数；

所述dfs的取值与[minz，maxz]、曲面函数的复杂度和曲面拟合精度均建立有关联关系；minz为X轴和Z轴上的最小值；曲面函数的复杂度与曲面函数中加权系数值的大小正相关，复杂度=0.01*加权系数值；曲面拟合精度与曲面拟合误差值负相关，精度=曲面拟合误差值/实际值；

当[minz，maxz]设定为[0，1]时，若曲面拟合精度大于0.8且复杂度大于0.5，则dfs取值为1000；若曲面拟合精度小于等于0.8且复杂度小于等于0.5，则dfs取值为100；当[minz，maxz]设定为[-10，10]时，若曲面拟合精度大于0.5且复杂度大于0.3，则dfs取值为1000；若曲面拟合精度小于等于0.5且复杂度小于等于0.3，则dfs取值为100。

2.根据权利要求1所述的用于网页环境下复杂三维建模的建模方法，其特征在于，所述公式化策略中，在调用曲面函数时，将曲面函数转换为基于坐标(x,y)的公式化函数。

3.根据权利要求2所述的用于网页环境下复杂三维建模的建模方法，其特征在于，所述公式化策略中，设定坐标平面为X轴与Z轴组成的X-Z底平面，并将曲面函数值设为Y轴；将X轴和Z轴按dfs等分，得到X轴、Z轴上的等分点并分别定义为i和k，由i、k与其对应的曲面函数Y值组成封闭曲线；所述dfs为等分点数。

4.根据权利要求3所述的用于网页环境下复杂三维建模的建模方法，其特征在于，在步骤2中进行放样操作时，包括以下步骤：

S1：选取2个参考截面并沿Y轴移动；

移动量分别设定为和；

其中，minz和maxz表示X轴和Z轴上的最小值和最大值，dfs为等分点数；

S2：判断i、k对应的参考截面是否全部处理完毕；若是，则结束步骤；若否，则执行S3；

S3：判断是否所有的i和k均小于dfs；若是，则对选取的2个参考截面进行放样操作；令i=i+1,k=k+1，并返回S2，其中，；若否，则对所有放样操作得到的实体进行布尔加和运算，得到放样实体，并结束步骤。

5.根据权利要求1所述的用于网页环境下复杂三维建模的建模方法，其特征在于，所述曲面函数包括单峰高斯分布曲面函数、多峰高斯分布曲面函数、抛物柱面函数、圆柱面函数、圆锥面函数、椭球面函数、球面函数、单叶双曲面函数、双叶双曲面函数、椭圆抛物面函数和马鞍面函数。

6.根据权利要求1所述的用于网页环境下复杂三维建模的建模方法，其特征在于，所述参考单元体选取时，基于所需构建的三维模型，提取形状匹配的数个放样实体作为参考单元体。

7.根据权利要求1所述的用于网页环境下复杂三维建模的建模方法，其特征在于，在步骤3中，组装生成的三维模型在显示时，按照区域显示策略进行模型显示；所述区域显示策略包括，将三维模型划分为显示区块，单个显示区块内包含有个单元体；为各显示区块设定显示优先级。

8.根据权利要求7所述的用于网页环境下复杂三维建模的建模方法，其特征在于，在为各显示区块设定显示优先级时，以三维模型的即时视角为基准，在即时视角下，将处于三维模型的即时视角的可视区域内的显示区块设定为第一显示优先级，其余显示区块设定为第二显示优先级；设定为第一显示优先级的显示区块采用完整显示，设定为第二显示优先级的显示区块采用轮廓显示。