[发明专利]一种构建三维物体的方法及计算机辅助设计系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算机视觉领域，尤其涉及一种构建三维物体的方法及计算机辅助设计系统。

背景技术

通常情况下，人们借助传统的计算机辅助设计系统(Computer Aided Design，CAD系统)，按照WIMP模式(视窗Windows，图标Icon，菜单Menu，鼠标Pointer)生成物体三维几何模型，首先用户需要从CAD系统的用户交互界面的菜单、面板或者图标中选取不同的绘制工具，并在交互窗口中选择要绘制物体的各种参数，最后通过点击、拖拽等一系列操作选择物体的绘制位置、大小比例等，完成三维物体的绘制。虽然CAD系统能够提供强大的三维物体设计和编辑能力，但是操作比较复杂，只有对于设计系统中繁杂菜单非常熟悉的专业人员才能很好地完成设计，同时，使用这种操作系统完成三维物体繁琐费时，即使设计一个比较简单的物体也需要比较长时间。

随着电脑技术、三维采集设备和网络的发展，近几年来，人们提出一种新的构思：利用简单易画的二维线画图(即草图)重构三维物体，并开发出新的CAD系统采用SBIM模式(sketch-based interfaces for modeling，基于用户草图绘制的三维建模)重构三维物体，其中，所述草图就是二维线画图，这类操作界面简单易懂，用户只需绘制出与三维物体对应的二维线画图(草图)，系统就可以自动生成用户所需的三维模型，由于同一个二维线画图对应着无穷多个三维物体，所以这类系统的设计难点在于如何从用户给出的二维线画图中重构出用户所需要的三维物体。传统的做法是将线画图重构三维物体建立为一个优化问题，利用最优化方法找到符合人类视觉感知的三维物体，但传统的该类系统只能处理简单的或部分复杂的线画图，当处理的线画图较为复杂或非常复杂时，系统会因解空间的急剧膨胀而陷入局部最优，导致三维重构不准确。

发明内容

本发明实施例提供一种构建三维物体的方法及计算机辅助设计系统，对二维线画图进行处理，分割出更加简单的、符合视觉感知规律的子线画图，高效准确地完成三维物体的重建。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是，

第一方面，本发明实施例提供一种构建三维物体的方法，包括：获取二维线画图；将所述二维线画图分割为多个子线画图；分别对每个子线画图进行三维重构；将所述子线画图的三维重构结果进行重组得到三维物体，其特征在于，所述将所述二维线画图分割为多个子线画图，具体包括：

提取所述二维线画图的表面，其中，所述表面为所述二维线画图中处于同一平面的边围成的区域，为凸面或凹面；

若所述二维线画图包含凹面，则根据预设策略，在二维线画图上添加辅助顶点，以及，辅助边，获取扩展的二维线画图；

根据所述扩展的二维线画图，获取所述二维线画图的分割面；

根据所述分割面对所述二维线画图进行分割，获取所述二维线画图的多个子线画图。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，结合第一方面，所述若所述二维线画图包含凹面，则根据预设策略，在二维线画图上添加辅助顶点，以及，辅助边，获取扩展的二维线画图，包括：

分别在所述二维线画图的每个凹面上，增加第一类辅助边，其中，所述第一类辅助边平行于所述凹面的任一边，所述第一类辅助边的一个端点为所述凹面的凹点，所述第一类辅助边的另一端点为辅助顶点，所述辅助顶点为与所述凹面的边与所述第一类辅助线的交点；

遍历所述二维线画图的凸面；

若存在第一凸面的不相邻的两个边上，分别包含所述辅助顶点，则在所述第一凸面上增加第二类辅助边，其中，所述第二类辅助边的两个端点分别为所述第一凸面的不相邻的两个边上的辅助顶点。

在第一方面的第二种可能的实现方式中，结合第一方面，所述若所述二维线画图包含凹面，则根据预设策略，在二维线画图上添加辅助顶点，以及，辅助边，获取扩展的二维线画图，包括:

若存在第一凹面，所述第一凹面包含共线边，则在所述第一凹面上增加第三类辅助边，其中，所述第三类辅助边为所述第一凹面的共线边之间的连线。

在第一方面的第三种可能的实现方式中，结合第一方面的第一种可能的实现方式或第一方面的第二种可能的实现方式，所述根据所述扩展的二维线画图，获取所述二维线画图的分割面，包括：

遍历所述扩展的二维线画图中的边；

若存在第一边的两顶点中至少一个顶点的度不小于4，则将所述第一边归入第一边集合；

对所述第一边集合中的每一个边，分别采用深度优先搜索算法获取从所述边的一端点到所述边的另一端点的回路；