CN116681791B - 基于三维陶瓷模型纹理的二维花纸生成方法及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于三维陶瓷模型纹理的二维花纸生成方法及电子设备，属于计算机图形学领域。该方法对输入的三维陶瓷模型的纹理进行有序的逐段采样，并获取各相邻采样点间的距离；采用带距离约束的图布局算法，根据相邻采样点间的距离构建二维网格；利用霍夫圆检测原理确定二维网格中各段圆弧的圆心点与半径，在此基础上，根据二维网格点的纹理映射参数与二维花纸的打印精度，利用插值方法填充采样点之间的纹理信息，实现连续且平滑的纹理过渡，并确定二维花纸的纹理图像。本发明可以生成具有连续且平滑纹理过渡的二维花纸，可应用于陶瓷花纸设计、花纸产品制作等领域，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于计算机图形学技术领域，特别地，本发明涉及一种基于三维陶瓷模型纹理的二维花纸生成方法及电子设备。
技术背景
在当代设计和制造领域，二维花纸广泛应用于陶瓷花纹设计等方面。二维花纸作为一种装饰性图案，对于增加产品的美观性和吸引力具有重要作用。传统的二维花纸生成方法主要基于手工绘制或简单的图案编辑软件，这限制了设计师在创造性和定制性方面的灵活性。
随着三维技术的发展和广泛应用，利用三维陶瓷模型的纹理信息来生成二维花纸成为了一种新的研究方向。三维陶瓷模型的纹理信息包含了丰富的细节和纹理特征，可以为二维花纸带来更多的创意和表现力。然而，将三维陶瓷模型的纹理信息应用到二维花纸生成中存在一些挑战。
首先，采样信息不连续：三维陶瓷模型的纹理采样通常是离散的，而二维花纸生成需要实现连续且平滑的纹理。这种不连续性可能导致在纹理映射过程中出现明显的像素化或不连续的边界。如何有效地处理离散的采样信息，以获得连续且平滑的纹理过渡，是一个挑战。
其次，分辨率要求与采样规模：二维花纸通常需要较高的分辨率，以实现细致和精确的纹理。然而，高分辨率的二维花纸对于三维陶瓷模型的采样规模提出了更高的要求。如果采样规模不足以满足高分辨率的二维花纸需求，可能导致纹理细节丢失或失真。
另外，将三维陶瓷模型的纹理信息应用到二维花纸生成中涉及到大量的计算和资源消耗。高分辨率的纹理映射和插值可能需要大量的计算资源和时间。如何在保持纹理质量的前提下，提高计算效率和资源利用，是一个需要解决的挑战。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提出了一种基于三维陶瓷模型纹理的二维花纸生成方法。该方法综合应用了采样、网格构建、圆弧确定、网格优化和纹理填充等技术，旨在克服传统方法的局限性，提供一种更灵活、高质量的二维花纸生成方案。通过该方法，设计师能够更好地利用三维陶瓷模型的纹理信息，创造出具有连续且平滑纹理过渡的二维花纸，并满足打印精度要求，从而提高产品的美观性。
本发明涉及一种基于三维陶瓷模型纹理的二维花纸生成方法，包括以下步骤：
获取带有纹理信息的三维陶瓷模型，并对输入的三维陶瓷模型的纹理进行有序的逐段采样，并获取各相邻采样点间的距离；
根据各相邻采样点间的距离，采用带距离约束的图布局算法构建二维网格；
根据二维网格中各段采样点，采用霍夫圆检测原理确定二维网格中各段圆弧的圆心点与半径；
根据二维网格中各段圆弧的圆心点与半径，优化二维网格；
根据二维网格点的纹理映射参数与二维花纸打印精度，通过插值方法填充采样点之间的纹理信息，以获得连续且平滑的纹理过渡，进而确定二维花纸纹理图像。
具体地，对输入的三维陶瓷模型的纹理进行有序的逐段采样，进一步包括：
针对三维陶瓷模型的纹理，构建经线和纬线的轨迹；其中，经线的轨迹沿着三维陶瓷模型表面的经度方向移动，纬线的轨迹沿着三维陶瓷模型表面的纬度方向移动；
对经线和纬线的轨迹进行等距离采样，确保采样的均匀性，并记录每个相邻采样点之间的距离。
具体地，采用带距离约束的图布局算法构建二维网格，包括：
构建图结构，将采样点作为图的节点，根据相邻采样点之间的距离构建边；每个采样点之间的距离将作为边的权重，用于约束图布局过程中节点的位置；
设置距离约束，在图布局算法中控制相邻节点之间的距离；
将构建好的图结构和距离约束输入到图布局算法中，执行图布局算法以确定各个节点的位置信息，并连接节点形成二维网格的顶点和边。
具体地，所述根据二维网格中各段采样点，采用霍夫圆检测原理确定二维网格中各段圆弧的圆心点与半径，进一步包括：
根据二维网格，将每个段落的采样点提取出来，以便进行后续的圆弧检测；
对每个段落的采样点应用霍夫圆检测算法进行检测：使用霍夫圆检测算法将圆弧上的任意三个点作为候选圆的选举人；遍历圆周上的所有点，通过候选圆的投票进行检测；最终选出得票数最高的圆作为该段圆弧的所在圆，确定圆心点和半径。
具体地，所述优化二维网格的过程仅涉及节点的移动，二维网格点的纹理映射参数保持不变，以确保优化后的二维网格仍然能够正确映射三维陶瓷模型的纹理信息。
具体地，所述根据二维网格点的纹理映射参数与二维花纸打印精度，通过插值方法填充采样点之间的纹理信息，以获得连续且平滑的纹理过渡，进而确定二维花纸纹理图像，进一步包括：
根据二维网格点的纹理映射参数和二维花纸的打印精度，确定采样点之间的纹理信息填充方式；
采用插值方法来填充采样点之间的纹理信息，以实现连续且平滑的纹理过渡；
通过对二维网格中填充了纹理信息的各个采样点进行处理，最终确定二维花纸的纹理图像。
本发明提供一种非易失性计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令执行所述的基于三维陶瓷模型纹理的二维花纸生成方法。
本发明提供一种电子设备，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行所述的基于三维陶瓷模型纹理的二维花纸生成方法。
本发明的特点及有益效果：
本发明利用三维陶瓷模型的纹理信息作为输入，充分挖掘了三维陶瓷模型中的纹理特征和细节。相比传统的手工设计或简单编辑软件，这种方法提供了更多创意和表现力，使得生成的二维花纸更加丰富和逼真。本发明考虑了二维花纸的打印精度限制，通过插值方法填充采样点之间的纹理信息，确保最终生成的二维花纸能够适应打印设备的精度要求。这样可以保持纹理的细节和准确性，使得实际制作的花纸质量更高，符合产品的需求和要求。综上所述，本发明利用三维陶瓷模型的纹理信息，生成连续且平滑的纹理过渡，适应打印精度要求，并提供了灵活性和定制性。该方法可应用于陶瓷花纸设计、花纸产品制作等领域，提高产品的美观性和装饰性，满足市场需求。
此技术可以在普通PC机或工作站等硬件系统上实现。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种基于三维陶瓷模型纹理的二维花纸生成方法，包括以下步骤：
S101：获取带有纹理信息的三维陶瓷模型，并对输入的三维陶瓷模型的纹理进行有序的逐段采样，并获取各相邻采样点间的距离；
S102：根据各相邻采样点间的距离，采用带距离约束的图布局算法构建二维网格；
S103：根据二维网格中各段采样点，采用霍夫圆检测原理确定二维网格中各段圆弧的圆心点与半径；
S104：根据二维网格中各段圆弧的圆心点与半径，优化二维网格；
S105：根据二维网格点的纹理映射参数与二维花纸打印精度，通过插值方法填充采样点之间的纹理信息，以获得连续且平滑的纹理过渡，进而确定高精度的二维花纸纹理图像。
本实施例中，对输入的三维陶瓷模型的纹理进行有序的逐段采样，并获取各相邻采样点间的距离，具体步骤如下：
11）构建经线和纬线的轨迹：根据输入的三维陶瓷模型，首先需要确定经线和纬线的轨迹。经线的轨迹是沿着模型表面的经度方向移动的曲线，而纬线的轨迹是沿着模型表面的纬度方向移动的曲线。这些轨迹可以通过在三维陶瓷模型上进行等距离采样或基于参数化方法生成。
12）采样经线和纬线的轨迹：在构建经线和纬线的轨迹后，需要对它们进行采样。通过沿着每条轨迹提取等距离的采样点，可以确保采样的均匀性。采样点的间距可以根据需要进行调整，以适应所需的纹理细节和采样精度。
13）记录相邻采样点之间的距离：在采样的过程中，需要记录每个相邻采样点之间的距离。这些距离信息将用于后续步骤中的网格构建和纹理映射参数计算。可以通过计算相邻采样点的欧氏距离或其他合适的距离度量来获取这些距离值。
本实施例中，根据各相邻采样点间的距离，采用带距离约束的图布局算法，构建二维网格，具体步骤如下：
21）选取图布局算法：选择一种适合的图布局算法，图布局算法应能够考虑到相邻采样点之间的距离，并利用距离信息来确定二维网格中各个点的位置。常用的图布局算法包括力导向布局（force-directed layout）、圆形布局（circular layout）等。根据实际需求和算法的性能要求，选择合适的算法。
22）构建图结构：将采样点作为图的节点，根据相邻采样点之间的距离构建边。每个采样点之间的距离将作为边的权重，用于约束图布局过程中节点的位置。
23）设置距离约束：在图布局算法中，通过设置距离约束来控制相邻节点之间的距离。距离约束可以根据相邻采样点之间的实际距离进行设定，以确保生成的二维网格能够保持一定的相对位置关系。
24）生成二维网格：将构建好的图结构和距离约束输入到选择的图布局算法中，执行图布局算法以确定各个节点的位置信息。节点的位置可以表示为二维坐标，根据这些坐标将节点连接起来，形成二维网格的边和顶点。
本实施例中，根据各段采样点，采用霍夫圆检测原理确定二维网格中各段圆弧的圆心点与半径，具体步骤如下：
31）提取每段采样点：根据步骤S102中构建的二维网格，将每个段落的采样点提取出来。每个段落包含一系列相邻的采样点，用于形成圆弧。
32）应用霍夫圆检测算法：对于每个段落的采样点，应用霍夫圆检测算法来确定圆弧的圆心点和半径。霍夫圆检测算法以圆弧上的任意三个点确定的圆作为一个候选圆。遍历圆周上所有的任意三点，统计所有确定的候选圆出现的次数，即投票数。遍历结束后，得票数最高点所确定的圆即为该圆周上绝大多数点所确定的圆，即绝大多数点均在该当选圆的圆周上，以此确定圆。
33）确定圆心点和半径：根据霍夫圆检测算法的检测结果，确定二维网格中各个段落圆弧的圆心点和半径。通过遍历每个段落，可以获取所有圆心点和半径的信息。这些信息将用于后续步骤中的二维网格优化和纹理映射。提取每段采样点。根据二维网格，将每个段落的采样点提取出来，以便进行后续的圆弧检测。
利用霍夫圆检测原理，能够从离散的二维网格中准确地提取出各段圆弧的圆心点和半径，无需依赖高精度的三维模型数据。通过圆心点和半径的确定，可以在二维网格上精确地构建圆弧，从而实现连续且平滑的纹理过渡，解决离散采样所带来的不连续性问题。
本实施例中，根据二维网格中各段圆弧的圆心点与半径，优化二维网格，优化的目标是使得二维网格的形状更符合圆心点和半径的要求，以生成更准确的二维花纸纹理。优化的过程仅涉及节点的移动。在进行网格优化的过程中，需要保持二维网格点的纹理映射参数。这样可以确保优化后的网格仍然能够正确映射到原始三维陶瓷模型的纹理信息。
本实施例中，根据二维网格点的纹理映射参数与二维花纸打印精度，通过插值方法填充采样点之间的纹理信息，以获得连续且平滑的纹理过渡，进而确定二维花纸纹理图像，具体步骤如下：
51）确定纹理信息填充方式：根据二维网格点的纹理映射参数和二维花纸的打印精度，选择适当的填充方式来生成连续且平滑的纹理过渡。常用的填充方式包括线性插值、双线性插值、三次样条插值等，具体选择取决于纹理映射参数的性质和所需的纹理效果。
52）插值方法填充纹理信息：根据选定的填充方式，对采样点之间的纹理信息进行插值计算。插值方法通过利用已知的纹理映射参数，推断出中间位置的纹理信息，以实现连续且平滑的纹理过渡。
53）处理填充后的采样点：对填充了纹理信息的各个采样点进行处理，以确定二维花纸的最终纹理图像。处理过程可以包括对颜色值进行调整、对纹理坐标进行纠正等操作，以确保生成的纹理图像符合三维陶瓷模型的纹理特征，并考虑到二维花纸的打印精度要求。
本实施例根据二维网格点的纹理映射参数和二维花纸的打印精度，确定采样点之间的纹理信息填充方式，以满足纹理过渡的平滑性和连续性要求。
利用插值方法填充采样点之间的纹理信息，以实现连续且平滑的纹理过渡。通过插值，将离散的纹理数据在采样点之间进行平滑的过渡，消除了由于离散采样引起的不连续性和瑕疵，从而获得连续且高质量的纹理结果。
本实施例提供一种非易失性计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令执行所述的基于三维陶瓷模型纹理的二维花纸生成方法。
本实施例提供一种电子设备，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行所述的基于三维陶瓷模型纹理的二维花纸生成方法。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该本发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (7)
1.一种基于三维陶瓷模型纹理的二维花纸生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取带有纹理信息的三维陶瓷模型，并对输入的三维陶瓷模型的纹理进行有序的逐段采样，并获取各相邻采样点间的距离；
根据各相邻采样点间的距离，采用带距离约束的图布局算法构建二维网格；
根据二维网格中各段采样点，采用霍夫圆检测原理确定二维网格中各段圆弧的圆心点与半径；
根据二维网格中各段圆弧的圆心点与半径，优化二维网格；所述优化二维网格的过程仅涉及节点的移动，二维网格点的纹理映射参数保持不变，以确保优化后的二维网格仍然能够正确映射三维陶瓷模型的纹理信息；
根据二维网格点的纹理映射参数与二维花纸打印精度，通过插值方法填充采样点之间的纹理信息，以获得连续且平滑的纹理过渡，进而确定二维花纸纹理图像。
2.根据权利要求1所述的基于三维陶瓷模型纹理的二维花纸生成方法，其特征在于，对输入的三维陶瓷模型的纹理进行有序的逐段采样，进一步包括：
针对三维陶瓷模型的纹理，构建经线和纬线的轨迹；其中，经线的轨迹沿着三维陶瓷模型表面的经度方向移动，纬线的轨迹沿着三维陶瓷模型表面的纬度方向移动；
对经线和纬线的轨迹进行等距离采样，确保采样的均匀性，并记录每个相邻采样点之间的距离。
3.根据权利要求1所述的基于三维陶瓷模型纹理的二维花纸生成方法，其特征在于，采用带距离约束的图布局算法构建二维网格包括：
构建图结构，将采样点作为图的节点，根据相邻采样点之间的距离构建边；每个采样点之间的距离将作为边的权重，用于约束图布局过程中节点的位置；
设置距离约束，在图布局算法中控制相邻节点之间的距离；
将构建好的图结构和距离约束输入到图布局算法中，执行图布局算法以确定各个节点的位置信息，并连接节点形成二维网格的顶点和边。
4.根据权利要求1所述的基于三维陶瓷模型纹理的二维花纸生成方法，其特征在于，所述根据二维网格中各段采样点，采用霍夫圆检测原理确定二维网格中各段圆弧的圆心点与半径，进一步包括：
根据二维网格，将每个段落的采样点提取出来，以便进行后续的圆弧检测；
对每个段落的采样点应用霍夫圆检测算法进行检测：使用霍夫圆检测算法将圆弧上的任意三个点作为候选圆的选举人；遍历圆周上的所有点，通过候选圆的投票进行检测；最终选出得票数最高的圆作为该段圆弧的所在圆，确定圆心点和半径。
5.根据权利要求1所述的基于三维陶瓷模型纹理的二维花纸生成方法，其特征在于，所述根据二维网格点的纹理映射参数与二维花纸打印精度，通过插值方法填充采样点之间的纹理信息，以获得连续且平滑的纹理过渡，进而确定二维花纸纹理图像，进一步包括：
根据二维网格点的纹理映射参数和二维花纸的打印精度，确定采样点之间的纹理信息填充方式；
采用插值方法来填充采样点之间的纹理信息，以实现连续且平滑的纹理过渡；
通过对二维网格中填充了纹理信息的各个采样点进行处理，最终确定二维花纸的纹理图像。
6.一种非易失性计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，其特征在于，该计算机可执行指令执行权利要求1-5任意一项所述的基于三维陶瓷模型纹理的二维花纸生成方法。
7.一种电子设备，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有被所述至少一个处理器执行的指令，其特征在于，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1-5任意一项所述的基于三维陶瓷模型纹理的二维花纸生成方法。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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