[发明专利]一种程式化异质建模系统

说明书

本发明属于3D模型建模领域，并公开了一种程式化异质建模系统。该建模系统包括元模型库、操作算子库、程式化异质建模模块、生成模型文件模块和3D重构渲染模块，元模型库、操作算子库用于存储元模型和操作算子；程式化异质建模模块通过交互式操作调用元模型以及相应的操作算子，并通过操作算子对该元模型进行计算处理，得到满足需求的3D模型程式化异质建模操作流；由此并生成3D模型文件；3D重构渲染模块读取生成的3D模型文件，并还原出对应的程式化异质建模操作流，计算处理后得到3D模型信息，并通过输出显示模块完成3D模型显示。通过本发明，提供更为便捷的异质模型建模方法，以减少最终生成模型文件的大小。

技术领域

本发明属于3D模型建模领域，更具体地，涉及一种程式化异质建模系统。

背景技术

异质模型指的是具有空间分布材料组分与结构特征的模型。其更一般化典型表述指的是多材料模型、功能梯度材料(FGM)模型、泡沫结构模型、复合材料模型。其中从异质模型构成原理来看，FGM模型、复合材料模型可以看做多材料模型的特殊形式。

目前，异质模型建模方法主要有以下几类：组合异质模型构建方法，不同单一材质子体模型组合为整体异质模型，这种建模方式只能满足简单异质模型构建，即异质模型只能进行离散为简单的不同子体，且对子体模型进行单一材质信息的设置；基于体素的异质建模方法，异质模型将被分解为指定分辨率的细小体素集，每个体素在空间域中可被唯一标识(x，y，z)指定操作，该异质模型建模方法比上述组合异质模型建模方法具有一定的灵活性，但是在体素内部仍然是单一均质信息，在逼真度效果方面存在“阶梯效应”缺陷，后续研究者有采用差值计算的方式来避免阶梯效果，此外基于体素建模方法只能依靠体素分辨率去逼近理想的异质模型，其模型保真度取决于体素的分辨率，过于精细分辨率的体素将会导致异质模型处理过程中高计算量与高内存空间占用量，最终模型文件也过于庞大，不便于后续模型处理，对于具有规则效果的异质模型表征，往往不是最优的建模方式，如FGM模型等；在经典的几何空间建模的基础上，如B-Rep，CSG等，通过严格的函数方程来表征异质结构模型，该类方法在模型内部的材料组分信息能够方便通过函数方程获取，但该方法在模型表达能力上具有一定的局限性，对于复杂的异质模型，通过一个单一函数方程来表达整个模型分布空间有难度，往往只能表达简单的材料空间分布形式；基于控制点的异质建模方法，如贝塞尔函数、B-Spline、NURBS-S、T-Spline函数等。该类方法构建的最终建模文件相对较小，但是其模型异质材料对模型坐标系以及模型控制参数点严重依赖；基于隐式函数的异质建模方法，一般采用功能表征的方法来表征构建模型空间点集合，然后依据R-Function的相关理论从这些限定的空间点集中来定义多材料分布信息；基于晶包的异质建模方法，一般需要构造非常复杂的数据结构与算法来进行异质模型构建，由于基于晶包构建的异质模型非常复杂，最终的模型文件体积很大，常见的规则晶格结构的异质模型形成的STL文件会高达上GB。

异质模型的一个最具前景的应用领域是3D打印领域，由于上述异质模型建模方式并非面向3D打印提出的，在应用于3D打印领域，上述异质模型方法如下不足：建模的方式不够灵活便捷，针对具有复杂非规则的仿生模型建模困难且建模后的文件体积很大，不适于3D打印系统的信息交互，因此在3D打印领域中，需要构建一种能够面向3D打印便捷的异质模型建模方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种程式化异质建模系统，通过异质模型的程式化建模处理，生成3D模型文件，由此解决复杂结构的异质模型文件体积大的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种程式化异质建模系统，该建模系统包括元模型库、操作算子库、程式化异质建模模块、生成模型文件模块和3D重构渲染模块，其特征在于，

所述元模型库与所述程式化异质建模模块连接，用于存储多个元模型；

所述操作算子库与所述程式化异质建模模块连接，用于存储多个操作算子；