基于创造力支持的三维造型技术研究

Traditionally, 3d modeling is usually considered to be a craft-like process, the user knows what he wants to make before he makes it. However, 3d modeling is also an art, an open-ended creative process. The direction or goal may change in an unpredictable way during such process. How to provide creativity support to help the user achieve best outcome in such an exploratory modeling process becomes an emerging research topic in the past 2-3 years. This project targets on providing a creativity-support based modeling system to effectively help the user in creative modeling process based on the main principles that a creativity-support system should follow. Firstly, we will investigate how to combine the user's intention to provide more appropriate component suggestions for him to reference during assembly-based modeling process. Secondly, we will study how to realize a high-level semantic based 3d mesh revision control system to help the user achieve his creative goal by preserving the rich history of the nonlinear trial-and-error modeling process and by supporting collaboration through revision control operations. Finally, we will conduct research on providing intuitive and natural user interface to help both novices and professional artists perform complex creative modeling in a convenient way.

传统上，三维造型往往被认为是类似于工艺制作的过程，用户在开始前就清楚他所要塑造的是什么样的物体。然而，三维造型也是一种开放式的艺术创作过程，在这过程中创作的方向和目标经常会发生不可预知的改变。如何在这种探索式的造型过程中提供创造力支持以帮助用户更好的创作是近两三年刚刚出现的一个研究课题。本项目围绕设计创造力支持系统所需遵循的基本原则，力求构建一个较为完善的基于创造力支持的造型系统以有效的帮助用户进行创造性的造型工作。首先，我们探讨如何在组合式造型过程中结合用户创作意图提供更为合适的候选部件供用户参考；其次，我们研究如何实现基于高层语义信息的三维网格版本控制,完整保留用户不断进行尝试的非线性操作历史并直观、动态呈现，通过版本控制操作支持协同合作,从而帮助用户取得创造性成果；最后，我们研究如何实现直观、自然的交互方法，使系统既方便业余爱好者上手，又支持艺术家自如的进行较为复杂的三维创作。

三维造型是图形学领域的一个传统问题，近年来的研究逐渐意识到三维造型也是一种开放式的艺术创作过程。如何在三维造型的艺术创作过程中对设计人员提供创造力支持以帮助他们创作出更高质量的三维模型则是学术界的一个热点课题。本项目围绕该课题从三个方面展开研究：(1) 结合用户意图的探索式造型；(2) 基于高层语义信息的三维网格版本控制；(3) 基于命令建议和多点触屏的造型交互方式。.经过三年的研究，项目取得了一系列重要成果，有效的解决了该领域的一些难题，具体包括：(1) 提出一种用于创造性的三维怪物造型的生物文法，有效的解决了如何从给定的一个小规模的异构三维模型集（成员来自不同类别）进行演化得到一系列结构多样的三维模型的问题；(2) 提出一种按需定制的基于手绘的探索式造型方法，通过一些精巧的结构设计（如超级面图、随机多层kNN图等）以及渐进的处理策略实现了模型的快速检索和分割，满足系统的交互要求，解决了已有系统高度依赖于预分割预标记模型库的问题，为用户提供更大自由度的探索空间；(3) 提出了一种面向规整人造物体拼接的对齐接口，通过利用人造物体拼接时所广泛遵循的邻近、对称、对齐、接触、平衡等约束，计算当前拼接部件的最优拼接位置，有效的解决了基于Kinect等深度摄像头的交互模式下存在的操作精度有限的问题;(4)提出一种基于调和1-形式的三维体参数方法，并将之用于三维模型内部结构的迁移以及体纹理映射； (5) 提出了一种计算机辅助的孔明灯制作方法，结合物理模拟，能够将我们系统构造的模型制作成孔明灯、布绒玩具等各种衍生品。.本项目研究成果已发表SCI/EI论文14篇，取得授权发明专利1项，申请中发明专利1一项，获批软件著作权2项。本项目的相关技术既可用于各具体领域的三维角色创作，以最大限度地为创作人员提供创作支持，同时也可以用于快速的生成各具体领域所需的三维内容，最后还可作为一种角色创作等工作的创造力评价辅助工具。