(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211027932.6 (22)申请日 2022.08.25 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 张东亮　金映含　张婷　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 万尾甜　韩介梅 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) A63H 3/02(2006.01) A63H 9/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于空间自动定位的三维玩具纸样缝 合模拟方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于空间自动定位的三 维玩具纸样缝合模拟方法， 该方法是以玩具二维 纸样作为输入， 先交互设置纸样的缝合信息， 并 三角网格化； 自动建立缝合关系图； 分解缝合关 系图对纸样进行分组， 将缝合关系分为组 内缝合 关系和组外缝合关系； 根据组 内缝合关系对每组 纸样进行 组内相对位置自动定位； 根据组外缝合 关系将纸样按组进行组装， 确定纸样空间位置； 最后基于质点弹簧布料模型对定位后的纸样进 行缝合模拟生成三维玩具模型。 该方法降低了三 维玩具纸样模拟的操作复杂 度， 可以快速验证二 维纸样设计的合理性， 节约了玩具制造原型的材 料、 劳动力和时间， 加快了 玩具设计的效率。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115392024 A 2022.11.25 CN 115392024 A 1.一种基于空间自动定位的三维玩具纸样缝合模拟方法， 其特征在于， 方法包括下列 步骤： 1)以玩具二维纸样作为输入， 用交互的方式设置二维纸样的缝合信息， 并对二维纸样 进行三角网格化； 2)根据二维纸样的缝合信息自动建立缝合关系图； 3)基于图分解算法通过分解缝合关系图对纸样进行分组， 将缝合关系分为组内缝合关 系和组外缝合关系； 4)根据组内缝合关系对每组纸样进行组内相对位置自动定位； 根据组外缝合关系将纸 样按组进行组装， 确定纸样空间位置； 5)基于质点弹簧布料模型对定位后的纸样进行 缝合模拟生成三维玩具模型。 2.根据权利要求1所述的基于空间自动定位的三维玩具纸样缝合模拟方法， 其特征在 于， 步骤1)中三角网格化时对于每对具有缝合关系的纸样边界， 确保边界上具有的三角网 格顶点数目相同， 将每对边界上的三角网格顶点两 两连接， 形成缝合连接线。 3.根据权利要求1所述的基于空间自动定位的三维玩具纸样缝合模拟方法， 其特征在 于， 步骤2)中建立缝合关系图G＝(V,E)时， 将 每个二维纸样作为缝合关系图中的一个节 点v (v∈V)； 若一个纸样的一条边与另一个纸样的一条边有缝合关系， 则在缝合关系图中这两 个纸样节点存在一条边e(v1,v2)(e∈E)。 4.根据权利要求1所述的基于空间自动定位的三维玩具纸样缝合模拟方法， 其特征在 于， 使用图分解 算法对缝合关系图进行分解， 具体为： 以deg(v)表示节点v的度， 即一个节点与其它节点连接的边的条数， Δ(G)表示图的最 大度， δ(G)表示图的最小度； 对于步骤2)得到的缝合关系图G， 首先判断图的最大度与最小 度是否相等， 若不等， 则对于缝合关系图中的每个最小度 节点v， 判断在该节 点v的所有 具有 缝合关系的节点中是否存在节点w， 满足deg(w)>δ(G)， 若满足， 则将e(v,w)加入切割边集 Ecut， 并在图G中删除e(v,w)； 若图的最大度与最小度相等且最小度大于2时， 则使用k ‑正则 图分解算法进一步分解， 随机选取一个节 点v的一条边e(v,w)进 行记录， 若能找到下一条边 e(v′,w′)满足边e(v,v ′)和e(w,w ′)同时为图G中的边， 那么将边e(v,w)记录， 然后用e(v ′, w′)继续寻找下一条满足上述条件的边， 直到不再能找到满足条件的边为止； 若记录数超过 图G节点数的一半， 则将这些记录边加入到Ecut， 并在图G中删除记录边， 跳出k ‑正则图分解 子算法； 每一次分解后， 找到图G中Δ(G)≤2的连通分量并移动到连通分量集Cdec， 并更新缝 合关系图G、 Cdec和Ecut以进行下一次分解； 当图G为空 时图分解算法停止； 最终输出连通分量 集与切割边集， 其中连通分量集表示纸样的分组情况， 对于每个连通分量， 其节点代表的纸 样为一组， 其边代表的缝合关系为组内缝合关系， 而切割边集中的边代表的缝合关系为组 外缝合关系。 5.根据权利要求1所述的基于空间自动定位的三维玩具纸样缝合模拟方法， 其特征在 于， 根据组内缝合关系确定组内纸样的相对位置， 具体如下： 对于每一组纸样， 首先将其按组内缝合关系的连接情况依次排列， 使其中心水平对齐， 再包裹至圆柱体上， 保持纸样与圆柱体表面相切于纸样中心； 将纸样 视为厚度为零、 且能绕 以纸样中心表面法向为轴旋转的刚体， 将每条缝合连接线视为弹簧， 纸样在多个弹簧拉力 的共同作用下发生旋转， 进 行组内纸样相对位置的调整， 直至组内各纸样受力平衡， 相对位权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115392024 A 2置不再发生变化。 6.根据权利要求1所述的基于空间自动定位的三维玩具纸样缝合模拟方法， 其特征在 于， 根据组外缝合关系将纸样按组进行组装， 确定纸样空间位置， 具体的： 为两个组中有缝 合关系的边界对分别拟合出两个平面， 对齐这两个平面的中心和法向将两组纸样组装在一 起， 组装过程中每组纸样之间的相对位置保持不变， 组装顺序按图分解算法中连通分量的 生成次序倒序依次进行。 7.一种基于空间自动定位的三维玩具纸样缝合模拟系统， 其特 征在于， 包括： 缝合信息交互模块， 用于将输入的玩具二维纸样通过交互的方式设置缝合信息， 并对 二维纸样进行三角网格化； 缝合关系分组模块， 利用交互模块设置的缝合信息自动建立缝合关系图， 并基于 图分 解算法通过分解缝合关系图对纸样进 行分组， 将缝合关系分为组内缝合关系和组外缝合关 系； 空间定位模块， 用于将分组后的组内缝合关系对每组纸样进行组内相对位置自动定 位， 再根据组外缝合关系将纸样按组进行组装， 确定纸样空间位置； 缝合模拟模块， 基于质点弹簧布料模型对定位后的纸样进行缝合模拟生成三维玩具模 型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115392024 A 3