基于三維信息的動(dòng)態(tài)造型控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于三維信息的動(dòng)態(tài)造型控制方法，特別涉及一種將計(jì)算機(jī)三維模型信息實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化成控制動(dòng)態(tài)造型機(jī)械傳動(dòng)裝置造型的方法。本方法包含以下步驟：①根據(jù)真實(shí)的動(dòng)態(tài)造型環(huán)境設(shè)置虛擬三維環(huán)境；②將三維模型導(dǎo)入至所述的三維環(huán)境中，調(diào)整尺寸并確立在所述三維環(huán)境中的相對(duì)位置關(guān)系；③根據(jù)所述三維模型的頂點(diǎn)坐標(biāo)信息，在所述三維環(huán)境內(nèi)生成參考線；④根據(jù)所述三維環(huán)境中的單元格以及參考線生成控制數(shù)據(jù)。通過(guò)該方法，可以快速高效地將計(jì)算機(jī)三維模型信息轉(zhuǎn)化成控制數(shù)據(jù)，精確地控制動(dòng)態(tài)造型機(jī)械傳動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)三維造型。
【專利說(shuō)明】基于三維信息的動(dòng)態(tài)造型控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于三維信息的動(dòng)態(tài)造型控制方法，特別涉及一種將計(jì)算機(jī)三維 模型信息實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化成控制動(dòng)態(tài)造型機(jī)械傳動(dòng)裝置運(yùn)行的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)，結(jié)合機(jī)械傳動(dòng)裝置，實(shí)時(shí)生成三維 實(shí)體的應(yīng)用案例越來(lái)越多，這類案例主要通過(guò)由步進(jìn)電機(jī)、舵機(jī)、液壓頂桿等設(shè)備構(gòu)成的機(jī) 械傳動(dòng)裝置，展示各種圖形、曲線、曲面等造型，傳遞各種信息，用戶還可以對(duì)這一生成的三 維實(shí)體進(jìn)行瀏覽和交互。例如由德國(guó)互動(dòng)設(shè)計(jì)公司ART + COM為德國(guó)慕尼黑寶馬博物館 設(shè)計(jì)的裝置"The Kinetic Sculpture",通過(guò)信息驅(qū)動(dòng)，將虛擬輪廓通過(guò)機(jī)械裝置以運(yùn)動(dòng)造 型的方式呈現(xiàn)給觀眾，整個(gè)裝置由714個(gè)金屬球體組成，每個(gè)球體由鋼絲吊起直接與步進(jìn) 電機(jī)相連，可以實(shí)時(shí)變幻的實(shí)體造型。又比如上海2010年世博會(huì)，1020個(gè)凌空漂浮的圓球 矩陣，通過(guò)升降位置和光影投射，變換出各種造型的動(dòng)態(tài)雕塑，美輪美奐，令觀者震撼。
[0003] 利用機(jī)械傳動(dòng)裝置實(shí)時(shí)生成的三維實(shí)體，不僅能夠滿足視覺(jué)感知功能，還能滿足 觸覺(jué)感知功能，是一種較理想的動(dòng)態(tài)造型技術(shù)。目前該領(lǐng)域?qū)C(jī)械傳動(dòng)裝置的控制方式主 要基于以下幾種方式：（1)針對(duì)每一個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)，輸入運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，執(zhí)行程序；（2)利用二維信息 (如圖片、視頻或音頻等信號(hào))，將信息轉(zhuǎn)換為深度值，再傳輸給控制器，改變傳動(dòng)裝置的運(yùn) 動(dòng)軌跡。（3)通過(guò)復(fù)雜計(jì)算，對(duì)三維模型進(jìn)行解析，用三維信息作為對(duì)機(jī)械裝置的控制源。
[0004] 但在實(shí)際應(yīng)用中，前兩種方式既不能直觀地控制傳動(dòng)裝置，又難以實(shí)現(xiàn)多角度高 精度的動(dòng)態(tài)造型結(jié)果。而最后一種方式，雖然實(shí)現(xiàn)了通過(guò)三維信息直觀控制，但往往需要通 過(guò)OpenGL或者Direct3D等圖形程序接口進(jìn)行復(fù)雜的開發(fā)才能夠完成，特別是在模型復(fù)雜 或模型數(shù)量大的情況下，在三維解析過(guò)程中會(huì)消耗大量的資源，產(chǎn)生了大量多余的信息，延 長(zhǎng)了數(shù)模轉(zhuǎn)換的時(shí)間，影響了實(shí)時(shí)控制的效果，因此有通過(guò)其他方法改進(jìn)的余地。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于三維信息的動(dòng)態(tài)造型控制方法，通過(guò)該方法，可 以快速高效地將計(jì)算機(jī)三維模型信息轉(zhuǎn)化成控制數(shù)據(jù)，精確地控制動(dòng)態(tài)造型機(jī)械傳動(dòng)裝 置，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)三維造型。
[0006] 為達(dá)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 一種基于三維信息的動(dòng)態(tài)造型控制方法，其特征在于，包含以下步驟： ?根據(jù)真實(shí)的動(dòng)態(tài)造型環(huán)境設(shè)置虛擬三維環(huán)境；?將三維模型導(dǎo)入至所述的三維環(huán)境中， 調(diào)整尺寸并確立在所述三維環(huán)境中的相對(duì)位置關(guān)系；?根據(jù)所述三維模型的頂點(diǎn)坐標(biāo)信 息，在所述三維環(huán)境內(nèi)生成參考線；?根據(jù)所述三維環(huán)境中的單元格以及參考線生成控制 數(shù)據(jù)。
[0007] 所述的基于三維信息的動(dòng)態(tài)造型控制方法，其特征在于：所述步驟?針對(duì)用于動(dòng) 態(tài)造型的機(jī)械傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)特征及運(yùn)動(dòng)范圍設(shè)置三維環(huán)境時(shí)，其中包括對(duì)所述機(jī)械傳動(dòng) 裝置運(yùn)動(dòng)單元的尺寸、數(shù)量、排列方式以及運(yùn)動(dòng)行程的具體設(shè)置。
[0008] 所述的基于三維信息的動(dòng)態(tài)造型控制方法，其特征在于：所述步驟?針對(duì)用于動(dòng) 態(tài)造型的機(jī)械傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)特征及運(yùn)動(dòng)范圍設(shè)置三維環(huán)境時(shí)，其具體實(shí)現(xiàn)方式是：1. 1) 根據(jù)所述機(jī)械傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)單元的總尺寸設(shè)置Xy軸平面的大??；1. 2)根據(jù)所述的機(jī)械傳 動(dòng)裝置的最大運(yùn)動(dòng)行程，確定三維空間總高度；1. 3)根據(jù)所述機(jī)械傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)單元 數(shù)量及排列方式，在三維空間xy軸平面上排列單元格； 所述的基于三維信息的動(dòng)態(tài)造型控制方法，其特征在于：所述步驟?將三維模型導(dǎo)入 至所述的三維環(huán)境中，調(diào)整尺寸并確立在所述三維環(huán)境中的相對(duì)位置關(guān)系時(shí)，其具體實(shí)現(xiàn) 方式是：2. 1)將所述的三維模型導(dǎo)入到所述三維環(huán)境后，將所述三維模型底部放于所述三 維環(huán)境xy軸平面上；2. 2)根據(jù)所述三維環(huán)境的尺寸，將所述的三維模型按比例縮放至所述 三維環(huán)境范圍內(nèi)。
[0009] 所述的基于三維信息的動(dòng)態(tài)造型控制方法，其特征在于：所述步驟?根據(jù)所述三 維圖形的頂點(diǎn)坐標(biāo)，在所述三維環(huán)境內(nèi)生成參考線時(shí)，其具體實(shí)現(xiàn)方式是：3. 1)從所述三維 模型的每個(gè)頂點(diǎn)出發(fā)，用直線垂直連接xy軸平面；3. 2)將垂直于單元格內(nèi)最長(zhǎng)的直線保留 下來(lái)作為參考線。
[0010] 所述的基于三維信息的動(dòng)態(tài)造型控制方法，其特征在于：所述步驟?根據(jù)所述三 維環(huán)境中的單元格以及參考線生成控制數(shù)據(jù)時(shí)，其具體實(shí)現(xiàn)方式是：4. 1)根據(jù)所述單元格 的坐標(biāo)確定機(jī)械傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)單元；4. 2)將所述單元格內(nèi)的參考線的長(zhǎng)度作為機(jī)械傳動(dòng) 裝置對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)行程。
[0011] 所述的基于三維信息的動(dòng)態(tài)造型控制方法，其特征在于：所述步驟Q根據(jù)所述三 維環(huán)境中的單元格以及參考線生成控制數(shù)據(jù)時(shí)，可根據(jù)三維模型（A103)與單元格（AlOl) 的尺寸比例來(lái)控制機(jī)械傳動(dòng)裝置的造型精度。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的技術(shù)進(jìn) 步：本發(fā)明可以快速高效地將計(jì)算機(jī)三維模型轉(zhuǎn)化成控制數(shù)據(jù)，精確地控制動(dòng)態(tài)造型機(jī)械 傳動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)三維造型。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1示出了本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方法的流程圖。
[0014] 圖2示出了本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方法的設(shè)置三維空間的示意圖。
[0015] 圖3示出了本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方法的生成參考線的示意圖。
[0016] 圖4示出了本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方法的不同精度造型的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清晰明白，以下結(jié)合附圖實(shí)施例，對(duì)本 發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0018] 實(shí)施例一： 如圖1所示：一種基于三維信息的動(dòng)態(tài)造型控制方法，包含以下步驟：①根據(jù)真實(shí)的動(dòng) 態(tài)造型環(huán)境設(shè)置虛擬三維環(huán)境；?將三維模型導(dǎo)入至所述的三維環(huán)境中，調(diào)整尺寸并確立 在所述三維環(huán)境中的相對(duì)位置關(guān)系；?根據(jù)所述三維模型A103的頂點(diǎn)坐標(biāo)信息，在所述三 維環(huán)境內(nèi)生成參考線A105 ;?根據(jù)所述三維環(huán)境中的單元格AlOl以及參考線A105生成控 制數(shù)據(jù)。
[0019] 實(shí)施例二：本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下： 如圖2所示：針對(duì)用于動(dòng)態(tài)造型的機(jī)械傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)特征及運(yùn)動(dòng)范圍設(shè)置三維環(huán)境 時(shí)，其中包括對(duì)所述機(jī)械傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)單元的尺寸、數(shù)量、排列方式以及運(yùn)動(dòng)行程的具體設(shè) 置。其具體實(shí)現(xiàn)方式是：第一步，根據(jù)所述機(jī)械傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)單元的總尺寸設(shè)置xy軸平面 的大??；第二步，根據(jù)所述的機(jī)械傳動(dòng)裝置的最大運(yùn)動(dòng)行程，確定三維空間總高度A102 ; 最后根據(jù)所述機(jī)械傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)單元數(shù)量及排列方式，在三維空間xy軸平面上排列單 元格AlOl。將三維模型導(dǎo)入至所述的三維環(huán)境中，調(diào)整尺寸并確立在所述三維環(huán)境中的相 對(duì)位置關(guān)系時(shí)，其具體實(shí)現(xiàn)方式是：首先將所述的三維模型A103導(dǎo)入到所述三維環(huán)境后， 將所述三維模型A103底部放于所述三維環(huán)境xy軸平面上；然后根據(jù)所述三維環(huán)境的尺寸， 按實(shí)際情況，設(shè)置閾值，控制所述的三維模型A103在三維環(huán)境內(nèi)的尺寸A104。
[0020] 如圖3所示：根據(jù)所述三維圖形的頂點(diǎn)坐標(biāo)，在所述三維環(huán)境內(nèi)生成參考線時(shí)，其 具體實(shí)現(xiàn)方式是：首先從所述三維模型A103的每個(gè)頂點(diǎn)出發(fā)，用直線垂直連接xy軸平面； 然后將垂直于單元格AlOl內(nèi)最長(zhǎng)的直線保留下來(lái)作為參考線A105。根據(jù)所述三維環(huán)境中 的單元格AlOl以及參考線生成控制數(shù)據(jù)時(shí)，其具體實(shí)現(xiàn)方式是：首先根據(jù)所述單元格AlOl 的坐標(biāo)確定機(jī)械傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)單元；然后將所述單元格AlOl內(nèi)的參考線A105的長(zhǎng)度作 為機(jī)械傳動(dòng)裝置對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)行程。
[0021] 如圖4所示：第一單元格矩陣A106的單元格A105數(shù)量為10*10,第二單元格矩陣 A107的單元格數(shù)量為20*20,第三單元格矩陣A108的單元格數(shù)量為40*40,第四單元格矩 陣A109的單元格數(shù)量為80*80。該圖示出了在設(shè)置三維環(huán)境中時(shí)，可根據(jù)三維模型A103與 單元格AlOl的尺寸比例來(lái)控制動(dòng)態(tài)造型機(jī)械傳動(dòng)裝置的造型精度，圖4示出所述三維模型 A103與所述單元格AlOl數(shù)量越大，造型精度越高。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于三維信息的動(dòng)態(tài)造型控制方法，其特征在于，包含以下步驟： ?根據(jù)真實(shí)的動(dòng)態(tài)造型環(huán)境設(shè)置虛擬三維環(huán)境；?將三維模型（A103)導(dǎo)入至所述的三維 環(huán)境中，調(diào)整尺寸并確立在所述三維環(huán)境中的相對(duì)位置關(guān)系；@根據(jù)所述三維模型（A103) 的頂點(diǎn)坐標(biāo)信息，在所述三維環(huán)境內(nèi)生成參考線；①根據(jù)所述三維環(huán)境中的單元格（AlOl) 以及參考線（A105)生成控制數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維信息的動(dòng)態(tài)造型控制方法，其特征在于：所述步驟 ?針對(duì)用于動(dòng)態(tài)造型的機(jī)械傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)特征及運(yùn)動(dòng)范圍設(shè)置三維環(huán)境時(shí)，其中包括對(duì) 所述機(jī)械傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)單元的尺寸、數(shù)量、排列方式以及運(yùn)動(dòng)行程的具體設(shè)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于三維信息的動(dòng)態(tài)造型控制方法，其特征在于：所述步驟 ?針對(duì)用于動(dòng)態(tài)造型的機(jī)械傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)特征及運(yùn)動(dòng)范圍設(shè)置三維環(huán)境時(shí)，其具體實(shí)現(xiàn) 方式是：1. 1)根據(jù)所述機(jī)械傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)單元的總尺寸設(shè)置xy軸平面的大小；1. 2)根據(jù) 所述的機(jī)械傳動(dòng)裝置的最大運(yùn)動(dòng)行程，確定三維空間總高度（A102) ;1. 3)根據(jù)所述機(jī)械 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)單元數(shù)量及排列方式，在三維空間xy軸平面上排列單元格（AlOl)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維信息的動(dòng)態(tài)造型控制方法，其特征在于：所述步驟 ?將三維模型（A103)導(dǎo)入至所述的三維環(huán)境中，調(diào)整尺寸并確立在所述三維環(huán)境中的相 對(duì)位置關(guān)系時(shí)，其具體實(shí)現(xiàn)方式是：2. 1)將所述的三維模型（A103)導(dǎo)入到所述三維環(huán)境 后，將所述三維模型（A103)底部放于所述三維環(huán)境xy軸平面上；2. 2)根據(jù)所述三維環(huán)境 的尺寸，將所述的三維模型（A103)按比例縮放（A104)至所述三維環(huán)境范圍內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維信息的動(dòng)態(tài)造型控制方法，其特征在于：所述步驟 @根據(jù)所述三維圖形的頂點(diǎn)坐標(biāo)，在所述三維環(huán)境內(nèi)生成參考線（A105)時(shí)，其具體實(shí)現(xiàn)方 式是：3. 1)從所述三維模型（A103)的每個(gè)頂點(diǎn)出發(fā)，用直線垂直連接xy軸平面；3. 2)將垂 直于單元格（AlOl)內(nèi)最長(zhǎng)的直線保留下來(lái)作為參考線（A105)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維信息的動(dòng)態(tài)造型控制方法，其特征在于：所述步驟 ?根據(jù)所述三維環(huán)境中的單元格（AlOl)以及參考線（A105)生成控制數(shù)據(jù)時(shí)，其具體實(shí)現(xiàn) 方式是：4. 1)根據(jù)所述單元格（AlOl)的坐標(biāo)確定機(jī)械傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)單元；4. 2)將所述單 元格（AlOl)內(nèi)的參考線（A105)的長(zhǎng)度作為機(jī)械傳動(dòng)裝置對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)行程。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維信息的動(dòng)態(tài)造型控制方法，其特征在于：所述步驟 @根據(jù)所述三維環(huán)境中的單元格（AlOl)以及參考線（A105)生成控制數(shù)據(jù)時(shí)，可根據(jù)三維 模型（A103)與單元格(AlOl)的尺寸比例來(lái)控制機(jī)械傳動(dòng)裝置的造型精度。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104331920SQ201410564457
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】蔣飛, 于瀛潔, 劉吉成, 鄭華東 申請(qǐng)人:上海大學(xué)