一種計算機自動開版的玩具設計製作方法

2023-07-09 12:37:01 3

專利名稱：一種計算機自動開版的玩具設計製作方法
技術領域：
本發明涉及一種玩具的製作方法，特別涉及一種計算機自動開版 的玩具設計製作方法。
背景技術：
常見的布質玩具設計製作過程包括開版，裁剪布料，縫合等步驟， 其中玩具開版是布質玩具設計製作中的一個必不可少的關鍵步驟。玩 具開版即將三維的玩具模型轉化為二維的玩具紙樣的過程， 一直以 來，玩具開版都是採用傳統的手工作業完成，也就是憑設計師的空間 想像能力和實踐經驗，用手工將想像中的三維玩具模型展開為二維紙 樣，這對設計師的空間想像能力和實踐經驗有非常高的要求，在實際 操作中，常常由於設計師的空間想像能力或者實踐經驗不夠，而導致 設計的二維紙樣達不到要求而需要多次重複開版，這樣不但損耗了材 料也浪費了時間，而且用手工開版製成的玩具精度也不高。長期以來，由於玩具外形變化多端，計算機自動開版技術在業界被公認為是懸而未決的難題，雖然CAD也被用於玩具設計中，但玩 具的二維紙樣是經過設計師手工開版後繪製的，CAD系統只是用於 將手工繪製的紙樣輸入到電腦中。真正實用的布絨玩具開版CAD系 統卻一直沒有出現。近年來，研究人員進行了一些相關的方法研究。Mitani， J.， Suzuki, H.， Making papercraft toys from meshes using strip-based approximate unfolding. ACM Transactions on Graphics, 2004. (Mitani, J.， Suzuki, H., 基於帶狀近似展開的方法從網格生成紙模型玩具，ACM圖形學雜誌， 2004年)公開了一種紙玩具的紙樣設計方法，根據紙玩具的網格模型， 自動將三維模型展開為帶狀的網格，將與帶狀網格形狀相同的紙片粘 起來就製作成紙玩具模型。在這個方法中，用戶不能設置分片線的位 置，同時，展開後的帶狀網格的形狀非常複雜，不適合布質玩具的設 計。Mori， Y" Igarashi， T.， Plushie: An Interactive Design System for plush toys, ACM SIGGRAPH, 2007.(Mori， Y.， Igarashi, T.， 一個布絨玩具的 互動設計系統，國際圖形學會議SIGGRAPH, 2007年)公開了一種布 絨玩具的互動設計系統，該系統採用草圖式的三維曲面造型方法構造 三維玩具的形狀。在生成三維曲面的過程中，採用充氣的方法將玩具 的形狀膨脹使之與布絨玩具相似。在生成三維曲面的同時，自動生成 三維模型的二維紙樣，但用這種方法製作出來的玩具形狀都像是充足 氣似的，不能滿足所有布絨玩具的設計要求，另外，玩具的二維紙樣 是完全自動生成的，設計者無法參與到紙樣的設計中，因為設計師無 法指定在哪些位置設定縫合線。這個方法既沒有考慮到玩具設計的美 觀性，又沒有考慮到工藝可行性。對布絨玩具的設計來說，紙樣的形 狀是非常重要的，除了美觀外，工藝的合理性也是需要考慮的一個重 要因素。上述二種方法由於設計師不能設置縫合線，不適合專業人士設計質量較高的玩具，只是用來業餘玩玩。 發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種設計師可以設置玩具縫合 線，而且玩具設計製作速度較快，效率、精度較高，能降低損耗，節 約成本並且應用面較廣的計算機自動開版的玩具製作方法。為解決該技術問題本發明採用的技術方案為一種計算機自動開版的玩具設計製作方法，其特徵在於包括下列1) 讀入一個用三角形網格表示的三維玩具模型；2) 在三維玩具模型表面繪製縫合線，將模型表面劃分為若干個 區域，每個區域即為一個三維紙樣；3) 選擇三維紙樣，生成與該三維紙樣相對應的三維網格； .4) 將三維網格轉化為二維玩具紙樣；5) 根據二維玩具紙樣和三維玩具模型繪製縫合示意圖；6) 列印二維玩具紙樣；7) 根據二維玩具紙樣裁剪布料；8) 按照縫合示意圖，將裁剪後的布料依次縫合在一起，得到布 質玩具的實物。上述步驟4)是採用下述步驟獲得二維紙樣的a) 將三維網格簡化生成多層三維網格，最初的那一層三維網格 為初始三維網格；b) 取出頂點數最少的一層三維網格；C) 取出該層三維網格中任意一個三角形，將該三角形不變形地放置到二維平面中，該三角形作為已經展開的三角形；d) 取出與己經展開的三角形相鄰的所有三角形；e) 用保持角度比例的方法計算與已經展開的三角形相鄰的所 有三角形的頂點在二維平面中的位置，獲得已展開的部分二維網格；f) 用質點彈簧模型對已展開的部分二維網格進行迭代計算，調 整已展開部分二維網格的頂點至最佳狀態，也就是將已展開的部分二 維網格的頂點調整至處於變形能量最小的狀態，得到已展開的部分二 維網格的最佳狀態的二維網格；g) 判斷該層三維網格是否都被展開，如果是，則獲得頂點數最 少的一層三維網格的最佳狀態的二維網格，如果不是，則回到步驟d) 直至整層三維網格都被展開，獲得網格頂點數最少一層三維網格的最 佳狀態的二維網格；h) 根據據多層三維網格的層次關係，依次生成上一層三維網格 對應的最佳狀態的二維網格，直到獲得原始三維網格對應的最佳狀態 的二維網格；i) 將原始三維網格對應的最佳狀態的二維網格的邊界線擬合 為三次樣條曲線，作為二維紙樣的邊界線，獲得所需的二維玩具紙樣。所述步驟h)獲得原始三維網格對應的最佳狀態的二維網格的步 驟如下a)根據當前層三維網格與上一層三維網格的對應關係，計算出上 一層二維網格的網格頂點的位置。對上一層二維網格的每個網格頂 點，它對應於當前層二維網格的個三角網格面，根據該點的重心坐標(u，v，w)可以直接計算出該頂點在二維平面中的位置，得到上一層
三維網格對應的二維網格。假設一個三角網格面的三個頂點位置為
Pl， P2， P3，根據重心坐標(u，v,w)計算網格頂點的在平面中位置P 的公式為
P = (Pl*u+P2*v+P3*w)
b) 用質點彈簧模型迭代計算，調整上一層二維網格的網格頂點 的位置，使得這些網格點處於能量最小的狀態，獲得上一層二維網 格對應的最佳狀態的二維網格。
c) 重複步驟a)、 b)直到獲得原始三維網格對應的最佳狀態的二維 網格。
所述步驟i)是按照下列步驟實現的
a) 用頂點減少法和Douglas-Peucker法篩選原始三維網格對應的 最佳狀態的二維網格的邊界頂點，去除過密的邊界頂點；
b) 篩選邊界頂點後，將剩下來的所有的邊界頂點作為控制頂點 擬合為三次樣條曲線作為二維紙樣的邊界線，獲得所需的二維玩具紙 樣。
上述步驟4)還可以採用下述步驟獲得二維紙樣
A) 從三維網格中取出任意一個三角形，將該三角形不變形地 放置到二維平面中，該三角形作為已經展開的三角形；
B) 取出與已經展開的三角形相鄰的所有三角形，用保持角度比 例的方法計算與已經展開的三角形相鄰的所有三角形的頂點在二維 平面中的位置，獲得已展開的部分二維網格；
C) 用質點彈簧模型對巳展開的部分二維網格進行迭代計算，調整已展開部分二維網格的頂點至最佳狀態，也就是將已展開的部分二 維網格的頂點調整至處於變形能量最小的狀態，得到已展開的部分二
維網格的最佳狀態的二維網格；
D) 判斷三維網格是否都被展開，如果是，則獲得整個三維網格 的最佳狀態的二維網格，如果不是，則回到步驟B)直至整層三維網 格都被展開，獲得整層三維網格的最佳狀態的二維網格；
E) 將整層三維網格對應的最佳狀態的二維網格的邊界線擬合 為三次樣條曲線，作為二維紙樣的邊界線，獲得所需的二維玩具 紙樣。
所述步驟E)是按照下列步驟實現的
a) 用頂點減少法和Douglas-Peucker法篩選整層三維網格對應的 最佳狀態的二維網格的邊界頂點，去除過密的邊界頂點；
b) 篩選邊界頂點後，將剩下來的所有的邊界頂點作為控制頂點 擬合為三次樣條曲線作為二維紙樣的邊界線，獲得所需的二維玩具紙 樣。
上述步驟3)是採用下列步驟獲得三維網格的
i. 查找到由多根所述縫合線組成的封閉的邊界環；
ii. 查找所有三角形網格邊不與邊界環相交的內部三角形；
iii. 査找至少有一根三角網格邊與邊界環相交的三角形；
iv. 取出與邊界環相交的三角形，將它們位於邊界環內部的部 分與邊界環組成多邊形，將多於三條邊的多邊形剖分成三角形；
v. 最後將邊界環包含的所有三角形集合形成一個網格，即三 維網格所述頂點減少法是對邊界線的初步處理，它根據頂點之間的距 離，刪除距離過近的頂點。頂點減少法的詳細步驟算法如下
a) 確定閥值e ;
b) 設置邊界線的第一個點為起始點；
c) 依次檢査相鄰的下一個點，如果當前點與前一個點的距離小於 閥值時，捨棄當前點；當前點大於等於閥值時，記錄當前點，並將當 前點設為新的起始點；
d) 反覆進行步驟c)，直到最後一個點。
所述Douglas-Peucker法可以進一步去掉對邊界線影響小的點， 保留影響大的點，使得既能保證曲線的形狀符合邊界特徵，又能減少 不必要的控制頂點。該算法的步驟是
a) 確定一個閥值e ;
b) 連接第一個和最後一個邊界網格頂點，兩點直接的連線稱 為基準線，這兩個頂點為基準頂點對；
c) 計算這對基準頂點對之間的點到基準線的距離。如果有一 個及一個以上的點到基準線的距離大於e ，將距離基準線最遠的點記 為第n個點，刪除基準線，並將第一個點和第n個點記為基準頂點對， 將第n個點和最後一個點記為基準頂點對；如果所有點到基準線的距 離都小於等於e ，刪除基準頂點之間的所有點，只保留基準頂點對作 為基準頂點對之間曲線的控制頂點。
d) 不斷重複步驟c)，直到所有點到它們的基準線的距離都小 於等於e 。該算法在Douglas, D.， Peucker, T., Algorithm for the reduction of the number of points required to represent a digitized line orits caricature. The Canadian Cartographer, 10(2)， 112-122， 1973. (Douglas, D.， Peucker, T.，減少頂點數的算法用於表示草圖和漫畫，加拿大製圖 者雜誌，第10期2巻，1973年)中已公開，
所述三次樣條曲線作為二維紙樣的邊界線是個通用的方法就是 用三次方程生成通過控制頂點的曲線，使得二維紙樣的邊界光滑。 McKinlay, S.， Levine， M.， Cubic Spline Interpolation, Math45: Linear Algebra(McKinlay, S., Levine， M.，三次樣條曲線，線性方程)網址 http:〃online.redwoods.cc.ca.us/instruct/damold/laproi/Fall98/SkvMeg/Pr oi.PDF.公開了該方法。
上述步驟l)中所述用三角形網格表示的三維玩具模型是計算機 圖形學中表示三維模型的一種通用表示方法，它被用來顯示和渲染三 維模型以及表示三維模型的形狀。在讀入時，三維玩具模型的數據是 用三角形網格表示的，三維玩具模型的三角形網格是通過其他三維造 型系統生成的。Jurczyk， T.， and Glut, B.， Triangular and Quadrilateral Meshes on 3D Surfaces, in Proc. the fifth World Congress on Computational Mechanics, Vienna, Austria, Jul. 2002. (Jurczyk， T.， and Glut, B.，三維曲面的三角形網格和四邊形網格，第五屆計算力學世 界大會，奧地利，2002年7月。)中公開了該種表示方法。
上述保持角度比例的方法就是使二維平面中每個網格頂點相鄰 三角形的角度比例與三維空間中的角度比例相同，而與該頂點相連的 網格邊的長度保存不變。
上述質點彈簧模型中，網格頂點被認為是具有質量的質點，網格 邊被認為是拉伸彈簧，用來約束網格邊的拉伸或壓縮；共享一條邊的兩個相鄰的三角形之間有一根連接線，用來約束展開時三角形的變 形，被稱為跨邊彈簧。作用在一根彈簧(其兩個端點為Pj和Pj)上 的力用下面的方程表示
formula see original document page 14
中，kg彈簧係數，lisj是矢量彈簧，^彈簧的初始長度，Xi和Xj是質點 Pi和Pj的位置。在本方法中，彈簧初始長度等於三維網格的邊長， 跨邊彈簧的長度是將相鄰的兩個空間三角形攤平到平面後計算得出， 彈簧係數與彈簧的長度成反比。
上述調整已展開部分二維網格的頂點至最佳狀態，該最佳狀態的
二維網格的頂點位置經過以下方程組的多次迭代計算得到 x = F /附
formula see original document page 14
"表示一個時間點，X是質點的加速度，A/時間步長，Xn是質點 的位置，Vn是質點的速度,Fn是作用在質點上的力。確定了頂點位置也
就得到了最佳狀態的二維網格。所述質點彈簧模型是基於Zhang D. and Yuen, M.， Cloth simulation using multilevel meshes. Computers and Graphics, vol.25， no.3， 2001. (Zhang D. and Yuen， M.，基於多層網格的 服裝模擬.計算機和圖形學雜誌(國際刊物)，第3期25巻,2001年.) 中公開的模型。釆用質點彈簧模型使展開的二維網格具有最小的變 形能量，使獲得的二維紙樣有很高的精確度。上述多邊形剖分成三角形，採用Delaunay三角剖分法，該剖分 法是計算機圖形學中一個常用的方法，它解決如何把一個散點集合剖 分成不均勻的三角形網格的問題。三角剖分的定義為假設V是二 維實數域上的有限點集，邊e是由點集中的點作為端點構成的封閉線 段,E為e的集合。那麼該點集V的一個三角剖分T-(V，E)是一個平面 圖G，該平面圖滿足條件
a) 除了端點，平面圖中的邊不包含點集中的任何點。
b) 沒有相交邊。
c) 平面圖中所有的面都是三角面，且所有三角面的合集是散點集 V的凸包。Kanaganathan, S.， Goldstein, N.， Comparison of four point adding algorithms for Delaunay type three dimensional mesh generators, IEEE Transactions on magnetics, Vol 27, No 3, 1991 ， (Kanaganathan, S.， Goldstein, N.，四個基於Delaunay類型的三維網格生成器的增加點 算法的比較，第3期27巻，1991年。)中公開了該Delaunay三角剖分 法。
上述將三維網格簡化生成多層三維網格，網格簡化時採用網格 頂點合併的方式，即通過合併網格頂點的方法使三角網格變疏，當一 個新的網格生成時，上一層網格的信息，包括網格點的位置和索引值， 會被映射到下一層中，以便於恢復初始的網格。根據初始網格的頂點 數目多少，可以生成兩層或多層網格。在生成多層網格的過程中，當 前層網格的頂點數少於200個時，可以停止多層網格的生成。Hugues Hoppe， Progressive meshes， ACM SIGGRAPH, 2006. (Hugues Hoppe， 漸進網格，國際圖形學會議SIGGRAPH, 2006年.)中公開了該種網格簡化方法。
本發明中，設計師可以通過滑鼠或繪圖筆在三維玩具模型表面 繪製縫合線，將模型表面劃分為多個區域，接下來計算機就能將分好 的區瞬間自動轉化為二維紙樣，這樣相對傳統手工開版，開版速度更 快，效率更高，製作玩具的時間也就更省，而且設計師只要具備繪製 縫合線的能力就可以得到玩具二維紙樣，而繪製縫合線普通的設計師 就可以做到，這樣，採用該技術方案降低了對設計師空間想像能力和 實踐經驗的要求，可以被普通玩具設計師普遍使用。採用該技術方案 基本上只要一次就能夠精確地將三維玩具模型轉化為二維玩具紙樣， 相對於傳統手工開版需要多次試做和修改才能獲得比較好的二維紙 樣來說，可以減少材料損耗，降低生產成本，而且開版精度更高，制 成的玩具質量也就更好。該發明中設計師可以在三維玩具模型表面繪 制縫合線，相對於背景技術中設計師不能設置縫合線的二種方法來 說，本發明更能控制玩具的形狀，更具有工藝可行性，使設計出來的 玩具更加美觀性，該方法更適合專業人士使用。該發明不但適用於制 作布質玩具也適用於製作皮質、革質等一切可以縫製的軟性材料製成 的玩具，可以廣泛應用於玩具製作領域，應用面較廣。該發明解決了 玩具設計製作領域人們一直想解決的通過計算機快速、精確將三維玩 具模型展開為二維紙樣，製作出較高工藝性的玩具，而且能應用到所 有玩具開版領域的問題，大大加快了玩具的設計製作過程和提高了玩 具的質量。


圖1:本發明總體流程圖。
圖2:三角網格表示的三維玩具模型圖。
圖3:三維紙樣示意圖。
圖4:三維網格示意圖。
圖5:三維網格展開成二維紙樣程序流程圖。 圖6:多層網格示意圖。 圖7:縫合示意圖。
具體實施例方式
本實施例涉及一種計算機自動開版的玩具設計製作方法，它的總
體步驟參見圖1:
步驟1:讀入一個用三角形網格表示的三維玩具模型見圖2。 步驟2:設計師通過滑鼠或繪圖筆在三維玩具模型表面上繪製縫
合線，將模型表面劃分為多個區域，每個區域即為一個三維紙樣見圖3。
步驟3:依次選擇三維紙樣的區域，生成與該區域相對應的三維 網格。該步驟首先要查找到由多根所述縫合線組成的封閉的邊界環， 對於一般的三維紙樣，只有一個封閉的邊界環，但對於有洞的紙樣， 會有多於一個的邊界環；再查找所有三角形網格邊不與邊界環相交的 內部三角形；再查找至少有一根三角形網格邊與邊界環相交的三角 形；再將這些三角形位於邊界環內部的部分與邊界環組成多邊形，將多 於三條邊的多邊形剖分成三角形，該剖分方法採用Delaimay三角剖 分法；最後，將邊界環包含的所有三角形集合形成一個網格，即三維網格見圖4。
步驟4:依次將三維網格展開為二維紙樣。當三維網格頂點較少時， 少於等於200個時，可以採用下列步驟實現
a) 從三維網格中取出任意一個三角形，將該三角形不變形地 放置到二維平面中，該三角形作為已經展開的三角形；
b) 取出與已經展開的三角形相鄰的所有三角形，用保持角度 比例的方法計算與已經展開的三角形相鄰的所有三角形的頂點在二 維平面中的位置，獲得已展開的部分二維網格；
C)用質點彈簧模型對已展開的部分二維網格進行迭代計算， 調整已展開的部分二維網格的頂點至最佳狀態，也就是將已展開的部 分二維網格的頂點調整至處於變形能量最小的狀態，得到已展開的部 分二維網格的最佳狀態的二維網格；
d) 判斷三維網格是否都被展開，如果是，則獲得整個三維網 格的最佳狀態的二維網格，如果不是，則回到步驟b)直至整層三維 網格都被展開，獲得整層三維網格的最佳狀態的二維網格；
e) 將整層三維網格對應的最佳狀態的二維網格的邊界線擬合 為三次樣條曲線，作為二維紙樣的邊界線，獲得所需的二維玩具紙樣。
當三維網格的頂點數大於200個時，用質點彈簧模型展幵三維曲 面需要很多次的迭代，使得展開的速度變慢，為了提高曲面展開的速 度，採用多層網格的方法，採用下列步驟實現，參見圖5:
步驟4.1將三維網格生成多層三維網格，參見圖6。
步驟4.2取頂點數最少的一層三維網格。
步驟4.3取該層三維網格中任意一個三角形。步驟4.4將該三角形經過空間轉換使它不變形地放置到二維平面 中，該三角形作為已經展開的三角形。
步驟4.5取出與已經展開的三角形相鄰的所有三角形。
步驟4.6用保持角度比例的方法計算與已經展開的三角形相鄰的 所有三角形的頂點在二維平面中的位置，也就是將這些三角形也展 開，這樣就獲得已展開的部分二維網格。
步驟4.7用質點彈簧模型對已展開的部分二維網格進行迭代計算， 調整已展開部分二維網格的頂點至最佳狀態，也就是將已展開的部分 二維網格的頂點調整至處於變形能量最小的狀態，獲得已展開的部分 網格的最佳狀態的二維網格。
步驟4.8判斷該層三維網格是否都被展開，如果是，則獲得頂點 數最少的一層三維網格的最佳狀態的二維網格，如果不是，則回到步 驟4.5直至該層網格都被展開。
步驟4.9獲得網格頂點數最少一層三維網格的最佳狀態的二維網 格，步驟4.8的結果就是獲得網格頂點數最少一層三維網格的最佳狀 態的二維網格。
步驟4.10該步聚首先要根據當前層三維網格與上一層三維網格 的對應關係，計算出上一層二維網格的網格頂點的位置。然後採用質 點彈簧模型迭代計算，調整上一層二維網格的網格頂點的位置，使得 這些網格點處於能量最小的狀態，獲得到上一層二維網格對應的最佳 狀態的二維網格，這樣一層一層往上計算、調整，直到獲得原始三維 網格對應的最佳狀態的二維網格。步驟4.11用頂點減少法和Douglas-Peucker法篩選初始三維網格 對應的最佳狀態的二維網格的邊界頂點，去除過密的邊界頂點，將剩 下來的所有邊界頂點作為控制頂點擬合為三次樣條曲線作為二維紙 樣的邊界線，獲得所需的二維玩具紙樣；
步驟5:根據獲得的二維紙樣和三維玩具模型繪製縫合示意圖， 見圖7。該過程，先是在三維模型表面縫合線形成的每個區上標好號, 然後在這些區相應的展開後的二維紙樣上標上對應的號如在三維模 型表面縫合線形成的區上標上A W，在縫合區對應的二維紙樣上標 上A W。
步驟6:用印表機列印二維玩具紙樣。 步驟7:根據二維玩具紙樣裁剪布料。
步驟8:按照縫合示意圖，將裁剪後的布料用縫紉機彼縫合在一 起，得到布絨玩具的實物。
用該發明製作一件玩具比傳統方法設計製作一件同樣的玩具要 快，特別是該發明中將三維玩具模型展開為二維玩具紙樣的過程，一 個普通的設計師在半小時之內就能夠完成，而且基本上是一次就能得 到符合要求的二維紙樣。而用傳統方法設計二維紙樣， 一個空間想像 能力很好、實踐經驗很豐富的設計師也至少要二個小時，而且得到的 二維紙樣精度也不高，常常發生由於二維紙樣不符合要求而返工的現 象。
權利要求
1. 一種計算機自動開版的玩具設計製作方法，其特徵在於包括下列步驟1)讀入一個用三角形網格表示的三維玩具模型；2)在三維玩具模型表面繪製縫合線，將模型表面劃分為若干個區域，每個區域即為一個三維紙樣；3)選擇三維紙樣，生成與該三維紙樣相對應的三維網格；4)將三維網格轉化為二維玩具紙樣；5)根據二維玩具紙樣和三維玩具模型繪製縫合示意圖；6)列印二維玩具紙樣；7)根據二維玩具紙樣裁剪布料；8)按照縫合示意圖，將裁剪後的布料依次縫合在一起，得到布質玩具的實物。
2、根據權利要求1所述的一種計算機自動開版的玩具設計製作 方法，其特徵在於上述步驟4)是採用下述步驟獲得二維紙樣的a) 將三維網格簡化生成多層三維網格，最初的那一層三維網格 為初始三維網格；b) 取出頂點數最少的一層三維網格；C) 取出該層三維網格中任意一個三角形，將該三角形不變形地 放置到二維平面中，該三角形作為已經展開的三角形；d) 取出與己經展開的三角形相鄰的所有三角形；e) 用保持角度比例的方法計算與已經展開的三角形相鄰的所有三角形的頂點在二維平面中的位置，獲得已展開的部分二維網格；f) 用質點彈簧模型對已展開的部分二維網格進行迭代計算，調 整已展開部分二維網格的頂點至最佳狀態，也就是將已展開的部分二 維網格的頂點調整至處於變形能量最小的狀態，得到已展開的部分二 維網格的最佳狀態的二維網格；g) 判斷該層三維網格是否都被展開，如果是，則獲得頂點數最 少的一層三維網格的最佳狀態的二維網格，如果不是，則回到步驟d) 直至整層三維網格都被展開，獲得網格頂點數最少一層三維網格的最 佳狀態的二維網格；h) 根據多層三維網格的層次關係，依次生成上一層三維網格 對應的最佳狀態的二維網格，直到獲得原始三維網格對應的最佳狀態 的二維網格；i) 將原始三維網格對應的最佳狀態的二維網格的邊界線擬合 為三次樣條曲線，作為二維紙樣的邊界線，獲得所需的二維玩具紙樣。
3、根據權利要求1所述的一種計算機自動開版的玩具設計製作 方法，其特徵在於上述步驟4)是採用下述步驟獲得二維紙樣的a) 從三維網格中取出任意一個三角形，將該三角形不變形地 放置到二維平面中，該三角形作為已經展開的三角形；b) 取出與已經展開的三角形相鄰的所有三角形，用保持角度比 例的方法計算與已經展開的三角形相鄰的所有三角形的頂點在二維 平面中的位置，獲得已展開的部分二維網格；c) 用質點彈簧模型對已展開的部分二維網格進行迭代計算，調 整已展開部分二維網格的頂點至最佳狀態，也就是將已展開的部分二維網格的頂點調整至處於變形能量最小的狀態，得到已展開的部分二維網格的最佳狀態的二維網格；d) 判斷三維網格是否都被展開，如果是，則獲得整個三維網格 的最佳狀態的二維網格，如果不是，則回到步驟b)直至整層三維網 格都被展開，獲得整層三維網格的最佳狀態的二維網格；e) 將整層三維網格對應的最佳狀態的二維網格的邊界線擬合 為三次樣條曲線，作為二維紙樣的邊界線，獲得所需的二維玩具紙樣。
4、根據權利要求2所述的一種計算機自動開版的玩具設計製作 方法，其特徵在於所述步驟h)是採用下述步驟獲得原始三維網格對 應的最佳狀態的二維網格a) 根據當前層三維網格與上一層三維網格的對應關係，計算 出上一層二維網格的網格頂點的位置；b) 採用質點彈簧模型迭代計算，調整上一層二維網格的網格頂 點的位置，使得這些網格點處於能量最小的狀態，獲得到上一層二維 網格對應的最佳狀態的二維網格；c) 重複步驟a)、 b)直到獲得原始三維網格對應的最佳狀態的 二維網格。
5、根據權利要求2所述的一種計算機自動開版的玩具設計製作 方法，其特徵在於所述步驟i)是採用下列步驟實現的a) 用頂點減少法和Douglas-Peucker法篩選原始三維網格對應的 最佳狀態的二維網格的邊界頂點，去除過密的邊界頂點；b) 篩選邊界頂點後，將剩下來的所有的邊界頂點作為控制頂點 擬合為三次樣條曲線作為二維紙樣的邊界線，獲得所需的二維玩具紙樣。
6、 根據權利要求3所述的一種計算機自動開版的玩具設計製作 方法，其特徵在於所述步驟e)是採用下列步驟實現的a) 用頂點減少法和Douglas-Peucker法篩選整層三維網格對應的 最佳狀態的二維網格的邊界頂點，去除過密的邊界頂點；b) 篩選邊界頂點後，將剩下來的所有的邊界頂點作為控制頂點 擬合為三次樣條曲線作為二維紙樣的邊界線，獲得所需的二維玩具紙 樣。
7、 根據權利要求1至6任一項所述的一種計算機自動開版的玩 具設計製作方法，其特徵在於上述步驟3)是採用下列步驟獲得三維 網格的a) 查找到由多根所述縫合線組成的封閉的邊界環；b) 查找所有三角形網格邊不與邊界環相交的內部三角形； C) 查找至少有一根三角網格邊與邊界環相交的三角形；d) 取出與邊界環相交的三角形，將它們位於邊界環內部的部 分與邊界環組成多邊形，將多於三條邊的多邊形剖分成三角形；e) 最後將邊界環包含的所有三角形集合形成一個網格，即三 維網格。
全文摘要
本發明涉及一種計算機自動開版的玩具設計製作方法，該方法採用在三維玩具模型上繪製縫合線，將三維玩具模型表面分區，再將三維紙樣生成三維網格，然後將三維網格展開生成二維紙樣，然後繪製玩具縫合示意圖，列印紙樣，根據紙樣裁剪布料，再根據縫合示意圖將裁剪好的布料縫製成成品玩具。用該方法設計製作玩具，設計師可以三維玩具的模型上設置玩具縫合線，而且玩具設計製作速度較快，效率、精度較高，能降低損耗，節約成本，提高玩具的質量，而且該方法在玩具領域應用面較廣。
文檔編號A63H3/00GK101284189SQ20081006085
公開日2008年10月15日 申請日期2008年3月31日 優先權日2008年3月31日
發明者張東亮 申請人:杭州力孚信息科技有限公司