日光溫室三維建模方法
2023-07-27 08:51:11 2
專利名稱：日光溫室三維建模方法
技術領域：
本發明涉及計算機三維建模技術領域，尤其涉及一種日光溫室三維建模方法。
背景技術：
日光溫室是中國特有的溫室類型，其建造和運行成本低，生產效益明顯高於傳統農業生產，在減弱不良天氣影響、提高蔬菜產出質量、緩解冬季蔬菜的供需矛盾等方面具有重要意義。日光溫室的分類方法及種類很多，其主要差異都體現在日光溫室三要素(維護牆體、後屋面和前屋面)上。其中前屋面直接影響到溫室採光環境，作為溫室的全部採光面， 保證溫室內具有足夠的光照強度。後屋面和維護牆體與溫室蓄熱保溫息息相關，使溫室溫度在外部低溫條件下也能使室內植物生長。上述的三要素體現在溫室結構特徵上，又可以概括為「六度三材」，其中「六度」指方位度、跨度、高度、前後屋面角、厚度、長度；「三材，，指的是採光屋面覆蓋材料、骨架材料和保溫材料。利用這些參數能夠確定日光溫室主要結構材料、角度和尺度參數。建立日光溫室的三維模型，在農業生產環境建模、動畫教學、基於溫室的仿真計算等應用領域具有廣泛的應用價值。目前，根據環境、種植作物的不同，所採用的日光溫室結構類型、材料和幾何參數存在差異，建立日光溫室三維模型的工作十分煩瑣。近年來，計算機和信息技術在日光溫室相關的研發、設計、管理等方面已有一些應用，然而，針對日光溫室的現實需求，仍然缺乏有針對性的三維建模方法。
發明內容
(一)要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是提供一種日光溫室三維建模方法，其能夠針對日光溫室進行三維建模，操作簡單方便，利於日光溫室的推廣和應用。( 二 )技術方案為解決上述問題，本發明提供了一種日光溫室三維建模方法，包括以下步驟A 建立參數坐標系，獲取日光溫室三維模型的主參數；B:確定日光溫室的拓撲結構，將日光溫室按照結構功能關係劃分為若干單組件或複合組件，並建立每個單組件的三維幾何模型；C 將所獲取的主參數和所確定的拓撲結構信息保存為日光溫室模板；D 利用主參數驅動方法對日光溫室的拓撲結構、幾何、紋理、材質進行修改和細節設計；E 利用帶約束參數驅動方法對日光溫室的組件進行結構和細節調整。其中，單組件為建模的最小對象，可以是各種形狀、樣式的幾何實體，而複合組件是由若干單組件或者其它複合組件組成。優選地，所述步驟A中，建立參數坐標系包括建立主參數坐標系和輔助坐標系。
優選地，所述建立主參數坐標系包括以溫室前屋面朝向為X軸，溫室長度方向為 Y軸，按照右手法則建立；所述建立輔助坐標系包括以每個單組件為研究對象，取其最小包圍盒中頂點坐標最小值點作為輔助坐標原點，坐標軸方向與主參數坐標軸方向一致。優選地，所述步驟A中，獲取日光溫室三維模型的主參數包括獲取包括日光溫室三維模型的六度三材在內的特徵參數。其中，「六度」是指方位角度、跨度、高度、前後屋面角度、厚度和長度，這些參數是溫室結構的主參數；「三材」是指採光屋面覆蓋材料、骨架材料、保溫材料等，這些材料類型中包含了其物理參數和可用於溫室可視化的材質紋理參數。優選地，所述步驟B中，將日光溫室按照結構功能關係劃分為若干單組件或複合組件包括將日光溫室分解為5個複合組件圍護結構、溫室屋面結構、工作間結構、地面結構和附屬組件。優選地，所述步驟B中，建立每個單組件的三維幾何模型包括對於外觀規則的單組件，使用立方體表示其幾何構造，對於外觀不規則單組件，使用多個有序關鍵點並將它們連接，而後採用B樣條自動插值生成其三維形狀。優選地，所述步驟D中，所述主參數驅動方法包括使用獲取的所述主參數和材質、紋理參數建立日光溫室三維模型，然後通過參數交互方式修改日光溫室的整體形狀和可視化效果。優選地，所述步驟D中，所述帶約束參數驅動方法包括在輔助坐標系下改變日光溫室各組件的幾何形狀和位置，並將修改後的組件參數映射到主參數坐標系下，實現對參數修改的動態約束。(三)有益效果本發明結合參數化和交互式的三維建模方式構建日光溫室三維模型，操作簡單方便，有利於日光溫室的推廣和應用；本發明採用材質設置和紋理貼圖等真實感顯示技術實時真實顯示當前設計的溫室模型，也可使溫室設計過程更加形象直觀。
圖1為本發明實施方式中所述日光溫室三維建模方法的流程圖；圖2為本發明實施方式中所述日光溫室三維建模方法確定的日光溫室的拓撲結構。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。如圖1所示，本發明所述的日光溫室三維建模方法，包括以下步驟A 建立參數坐標系，獲取日光溫室三維模型的主參數；本步驟中，建立參數坐標系包括建立主參數坐標系和輔助坐標系。獲取日光溫室三維模型的主參數包括獲取包括日光溫室三維模型的六度三材在內的特徵參數。優選地，所述建立主參數坐標系包括以溫室前屋面朝向為X軸，溫室長度方向為 Y軸，按照右手法則建立；所述建立輔助坐標系包括以每個單組件為研究對象，取其最小包圍盒中頂點坐標最小值點作為輔助坐標原點，坐標軸方向與主參數坐標軸方向一致。其中，「六度」是指方位角度、跨度、高度、前後屋面角度、厚度和長度，這些參數是溫室結構的主參數；「三材」是指採光屋面覆蓋材料、骨架材料、保溫材料等，這些材料類型中包含了其物理參數和可用於溫室可視化的材質紋理參數。B:確定日光溫室的拓撲結構，將日光溫室按照結構功能關係劃分為若干單組件或複合組件，並建立每個單組件的三維幾何模型；本步驟中，可以將日光溫室分解為5個複合組件圍護結構、溫室屋面結構、工作間結構、地面結構和附屬組件。如圖2所示。優選地，建立每個單組件的三維幾何模型包括對於外觀規則的單組件，使用立方體表示其幾何構造，對於外觀不規則單組件，使用多個有序關鍵點並將它們連接，而後採用 B樣條自動插值生成其三維形狀。C 將所獲取的主參數和所確定的拓撲結構信息保存為日光溫室模板；D 利用主參數驅動方法對日光溫室的拓撲結構、幾何、紋理、材質進行修改和細節設計；本步驟中，所述主參數驅動方法包括使用獲取的所述主參數和材質、紋理參數建立日光溫室三維模型，然後通過參數交互方式修改日光溫室的整體形狀和可視化效果。本步驟中，所述帶約束參數驅動方法包括在輔助坐標系下改變日光溫室各組件的幾何形狀和位置，並將修改後的組件參數映射到主參數坐標系下，實現對參數修改的動態約束。E 利用帶約束參數驅動方法對日光溫室的組件進行結構和細節調整。其中，單組件為建模的最小對象，可以是各種形狀、樣式的幾何實體，而複合組件是由若干單組件或者其它複合組件組成。以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍應由權利要求限定。
權利要求
1.一種日光溫室三維建模方法，其特徵在於，包括以下步驟A 建立參數坐標系，獲取日光溫室三維模型的主參數；B:確定日光溫室的拓撲結構，將日光溫室按照結構功能關係劃分為若干單組件或複合組件，並建立每個單組件的三維幾何模型；C 將所獲取的主參數和所確定的拓撲結構信息保存為日光溫室模板；D 利用主參數驅動方法對日光溫室的拓撲結構、幾何、紋理、材質進行修改和細節設計；E 利用帶約束參數驅動方法對日光溫室的組件進行結構和細節調整。
2.在權利要求1所述的日光溫室三維建模方法，其特徵在於，所述步驟A中，建立參數坐標系包括建立主參數坐標系和輔助坐標系。
3.在權利要求2所述的日光溫室三維建模方法，其特徵在於，所述建立主參數坐標系包括以溫室前屋面朝向為X軸，溫室長度方向為Y軸，按照右手法則建立；所述建立輔助坐標系包括以每個單組件為研究對象，取其最小包圍盒中頂點坐標最小值點作為輔助坐標原點，坐標軸方向與主參數坐標軸方向一致。
4.在權利要求1所述的日光溫室三維建模方法，其特徵在於，所述步驟A中，獲取日光溫室三維模型的主參數包括獲取包括日光溫室三維模型的六度三材在內的特徵參數。
5.在權利要求1所述的日光溫室三維建模方法，其特徵在於，所述步驟B中，將日光溫室按照結構功能關係劃分為若干單組件或複合組件包括將日光溫室分解為5個複合組件圍護結構、溫室屋面結構、工作間結構、地面結構和附屬組件。
6.在權利要求1所述的日光溫室三維建模方法，其特徵在於，所述步驟B中，建立每個單組件的三維幾何模型包括對於外觀規則的單組件，使用立方體表示其幾何構造，對於外觀不規則單組件，使用多個有序關鍵點並將它們連接，而後採用B樣條自動插值生成其三維形狀。
7.在權利要求1所述的日光溫室三維建模方法，其特徵在於，所述步驟D中，所述主參數驅動方法包括使用獲取的所述主參數和材質、紋理參數建立日光溫室三維模型，然後通過參數交互方式修改日光溫室的整體形狀和可視化效果。
8.在權利要求1所述的日光溫室三維建模方法，其特徵在於，所述步驟D中，所述帶約束參數驅動方法包括在輔助坐標系下改變日光溫室各組件的幾何形狀和位置，並將修改後的組件參數映射到主參數坐標系下，實現對參數修改的動態約束。
全文摘要
本發明公開了一種日光溫室三維建模方法，涉及計算機三維建模技術領域，包括以下步驟A建立參數坐標系，獲取日光溫室三維模型的主參數；B確定日光溫室的拓撲結構，將日光溫室按照結構功能關係劃分為若干單組件或複合組件，並建立每個單組件的三維幾何模型；C將所獲取的主參數和所確定的拓撲結構信息保存為日光溫室模板；D利用主參數驅動方法對日光溫室的拓撲結構、幾何、紋理、材質進行修改和細節設計；E利用帶約束參數驅動方法對日光溫室的組件進行結構和細節調整。本發明能夠針對日光溫室進行三維建模，操作簡單方便，利於日光溫室的推廣和應用。
文檔編號G06T17/00GK102324105SQ20111028136
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月21日 優先權日2011年9月21日
發明者吳升, 杜建軍, 王傳宇, 趙春江, 郭新宇 申請人:北京農業信息技術研究中心