計(jì)算機(jī)輔助三維創(chuàng)意建模技術(shù).pdf

1、在三維影視特效及電子游戲中，三維角色模型是必不可少的部分。雖然現(xiàn)有大量的商業(yè)建模系統(tǒng)，可以滿足各種建模需求，但這些系統(tǒng)非常復(fù)雜，難以掌握，更多地局限于專業(yè)人員使用。過(guò)去十幾年里，圖形學(xué)界在簡(jiǎn)單易用且功能強(qiáng)大的建模技術(shù)方面進(jìn)行了大量研究，提出了草圖式建模、組合式建模等方法，取得了重大進(jìn)展?？傮w來(lái)看，現(xiàn)有的建模技術(shù)更多地將三維建模視為工藝過(guò)程，即在建模之前有明確的目標(biāo)。然而，三維建模也是個(gè)開放式的藝術(shù)創(chuàng)作過(guò)程，其建模目標(biāo)會(huì)經(jīng)常發(fā)生不可預(yù)知的

2、改變。顯然，現(xiàn)有的建模技術(shù)不適用于開放式建模。因此，如何在開放式建模過(guò)程中提供創(chuàng)意支持以輔助用戶更好地創(chuàng)作在三維建模中具有重要的理論研究意義與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　其中一類計(jì)算機(jī)輔助三維創(chuàng)意建模技術(shù)向用戶建議可添加到當(dāng)前模型的部件。然而，這類技術(shù)都依賴預(yù)分割（或標(biāo)記）的模型數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶僅可使用預(yù)分割的部件組合模型。這極大地限制了建模空間與用戶的創(chuàng)造力。另一類是模型建議技術(shù)。這類技術(shù)更適合處理具有相同結(jié)構(gòu)的同類模型，產(chǎn)生的是與輸入具有

3、相同結(jié)構(gòu)的同類模型。其最大缺點(diǎn)是不適合產(chǎn)生拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變異的模型。此外，在計(jì)算機(jī)動(dòng)畫中，建模僅是第一步，接下來(lái)還要編輯動(dòng)畫甚至三維打印制造實(shí)物。編輯動(dòng)畫之前需要蒙皮。三維打印之前需要經(jīng)過(guò)很多處理，比如，平衡性分析，關(guān)節(jié)優(yōu)化等。然而，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)輔助三維創(chuàng)意建模系統(tǒng)往往局限于建模。簡(jiǎn)單地將蒙皮與面向三維打印的模型處理做為建模的后續(xù)處理步驟無(wú)法達(dá)到實(shí)時(shí)交互。因?yàn)椋敖?蒙皮-面向三維打印的模型處理”是個(gè)迭代的步驟，簡(jiǎn)單組合現(xiàn)有技術(shù)會(huì)導(dǎo)致用戶在

4、不同工具間頻繁變換，降低效率。
　　本文針對(duì)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)輔助三維創(chuàng)意建模技術(shù)不適合產(chǎn)生拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變異，依賴預(yù)分割的模型數(shù)據(jù)庫(kù)限制建?？臻g，缺少蒙皮及面向三維打印的模型處理三方面的問(wèn)題，進(jìn)行了深入研究與探索，提出了一系列新技術(shù)新方法，在實(shí)際應(yīng)用與理論研究上取得重大突破。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　提出一種輔助用戶快速建模大量虛擬生物的技術(shù)。這些虛擬生物具有合理的奇異的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。用戶從數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)選擇若干個(gè)不同類的常規(guī)模型，該技術(shù)迭代地

5、產(chǎn)生一代代結(jié)構(gòu)奇異的虛擬生物模型做為建議提示給用戶，以激發(fā)靈感。該方法的核心是生物語(yǔ)法(Creature grammar)。生物語(yǔ)法是針對(duì)建模虛擬生物特化的形狀語(yǔ)法(Shape grammar)。生物語(yǔ)法改變部件的排列方式與數(shù)目，同時(shí)保持生物的語(yǔ)義約束。
　　提出一種基于草圖的按需部件建議方法—Sketch2Cut系統(tǒng)。用戶輸入草圖表達(dá)設(shè)計(jì)概念，該方法依此生成三維代理部件并從數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)搜索出一系列候選部件，提示給用戶。該方法首先將三

6、維模型局部匹配問(wèn)題轉(zhuǎn)化為多視角下的二維輪廓局部匹配。然后基于三維模型的超面片圖表示，快速地從三維模型上提取與用戶意圖匹配的三維部件，提取過(guò)程由粗到細(xì)，邊界逐步優(yōu)化。與以前的工作不同，該方法不依賴預(yù)分割的三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)，并可以建議定制的任意部件，極大地?cái)U(kuò)展了用戶設(shè)計(jì)空間。
　　提出一個(gè)統(tǒng)一的框架，將建模、蒙皮與面向三維打印的模型處理無(wú)縫地融合到一起。輸入一組蒙皮的三維模型，該系統(tǒng)迭代地產(chǎn)生一代代新模型，做為建議提示給用戶以激發(fā)靈感。