基于約束變形和微分坐標(biāo)模擬植物果實(shí)形變的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于約束變形和微分坐標(biāo)模擬植物果實(shí)形變的方法,包括以下步驟:定義果實(shí)的形變區(qū)域,設(shè)置影響形變的參數(shù)和影響范圍,通過計(jì)算影響函數(shù)得到初步變形的結(jié)果;以及通過基于微分坐標(biāo)的方法將上述變形結(jié)果作為控制點(diǎn),并增加保持果實(shí)特征的約束條件,進(jìn)行第二次基于微分坐標(biāo)的變形,對形變邊界進(jìn)行光滑處理。本發(fā)明的方法將基于約束變形和基于微分坐標(biāo)結(jié)合來模擬果實(shí)形變,首先定義變形區(qū)域,設(shè)置影響形變的參數(shù)和影響范圍,計(jì)算影響函數(shù)得到初步變形的結(jié)果,然后通過基于微分坐標(biāo)的方法將初步變形結(jié)果作為控制點(diǎn),并增加保持果實(shí)特征的約束條件,進(jìn)行第二次變形,有效地保持果實(shí)形變的特征,提高整體的光滑性。
【專利說明】基于約束變形和微分坐標(biāo)模擬植物果實(shí)形變的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖形【技術(shù)領(lǐng)域】,具體而言涉及一種基于約束變形和微分坐標(biāo)模擬植物果實(shí)形變的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]網(wǎng)格形變的方法主要有基于空間的變形方法和基于微分坐標(biāo)的變形方法。最早的自由變形方法是Sederberg和Parrytl]提出的FFD (Free Form Deformation)方法,將模型嵌入空間,空間變化,模型隨之變換。由于FFD方法采用介質(zhì)實(shí)現(xiàn)物體變形,用戶操作時難以準(zhǔn)確控制物體的形狀以及控制物體某些點(diǎn)的位置,因此人們希望能通過改變網(wǎng)格模型上的點(diǎn)或者其它約束條件來對物體進(jìn)行變形編輯和區(qū)域控制。Borrellt2]在1994年提出了簡單約束形變方法(Simple constrained object deformations,簡稱 Scodef)?;诩s束的變形方法是有缺陷的,變形范圍通過影響半徑或者控制參數(shù)等定義,這種確定的方法對于局部變形是有局限的,不能實(shí)現(xiàn)任意區(qū)域的變形。同時這種方法沒有涉及網(wǎng)格的表面信肩、O
[0003]網(wǎng)格模型是有拓?fù)潢P(guān)系的,然而基于空間的方法沒有考慮模型表面特征,基于表面的變形方法彌補(bǔ)了這個不足?;谖⒎肿鴺?biāo)的網(wǎng)格變形[3]技術(shù)專注于盡量使網(wǎng)格的表面信息在變形前后不變。三角網(wǎng)格模型通常由一個二元組決定(V,E),在歐氏空間中,V由一組全局坐標(biāo)向量Ix1, x2,...,xn}表示,而E則表達(dá)了 V的拓?fù)潢P(guān)系。定義在網(wǎng)格上的
Laplacian 坐標(biāo)(微分坐標(biāo))為
【權(quán)利要求】
1.一種基于約束變形和微分坐標(biāo)模擬植物果實(shí)形變的方法,其特征在于,包括以下步驟: 步驟1:定義果實(shí)的形變區(qū)域,設(shè)置影響形變的參數(shù)和影響范圍,通過計(jì)算影響函數(shù)得到初步變形的結(jié)果;以及 步驟2:通過基于微分坐標(biāo)的方法將步驟I獲得的變形結(jié)果作為控制點(diǎn),并增加保持果實(shí)特征的約束條件,進(jìn)行第二次基于微分坐標(biāo)的變形,對形變邊界進(jìn)行光滑處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于約束變形和微分坐標(biāo)模擬植物果實(shí)形變的方法,其特征在于,所述步驟I包括如下過程: .1.1定義果實(shí)的形變區(qū)域,確定影響半徑R 果實(shí)上的任意一點(diǎn)與果實(shí)的中軸線構(gòu)成一個平面,首先確定果實(shí)形變區(qū)域起始點(diǎn)P,起始點(diǎn)和中軸線構(gòu)成的平面作為起始平面,再確定形變區(qū)域的終止點(diǎn)Q,終止點(diǎn)和中軸線構(gòu)成的平面作為終止平面,這兩個平面構(gòu)成的二面角用Θ表示; 令中軸線的兩個點(diǎn)為Vtl和V1,與中軸線分別形成的兩個平面的法向量計(jì)算為h和n2,其中一個法向量指向平面,另一個法向量背向平面,所述二面角的計(jì)算公式為cos Θ =Ii1^n2 ; 起始平面和終止平面中間夾起來的區(qū)域就是形變區(qū)域,其中形變區(qū)域需滿足下述條件:待確定點(diǎn)與中軸線所構(gòu)成平面與起始平面形成的二面角小于θ,并且與終止平面形成的二面角也小于θ ;以及 采用Dijkstra算法,根據(jù)所有變形點(diǎn)到約束點(diǎn)的最大距離來確定影響半徑R ; .1.2設(shè)置影響形變的參數(shù) 利用勢函數(shù)f (A)反映約束點(diǎn)對周圍點(diǎn)的影響作用,f (A)表達(dá)為:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于約束變形和微分坐標(biāo)模擬植物果實(shí)形變的方法,其特征在于,所述參數(shù)RadiusHormones和HeightHormones均大于0.075,所述參數(shù)RadiusHormones 和 HeightHormones 的上限均為 0.3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于約束變形和微分坐標(biāo)模擬植物果實(shí)形變的方法,其特征在于,所述步驟2包括以下過程: .2.1微分坐標(biāo)方法使變形前后的微分坐標(biāo)基本不變:網(wǎng)格上的微分坐標(biāo)為:
【文檔編號】G06T15/00GK103679787SQ201310502770
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】曾蘭玲, 陳蘭潔 申請人:江蘇大學(xué)