基于特征约束点的纹理映射算法

纹理映射技术用于生成物体表面的纹理细节,是真实感图形技术的重要组成部分,也是计算机图形学的一个重要研究方向.针对目前很多纹理映射算法计算量大,方法比较复杂的缺点,应用Candide3作为三维网格模型,提出了一种快速有效的基于特征约束点的纹理映射算法.通过在三维网格模型和纹理图像上选取少量对应的特征约束点,利用三角网格剖分算法在纹理图像上建立选取特征点的三角网格.进而通过求取质心坐标的方法计算出三维网格模型上所有特征点的纹理坐标并完成整个三维网格模型的纹理映射.实验结果表明,提出的算法计算速度较快,能够得到高真实度的纹理映射效果,并且适用于不同纹理图像映射到同一三维网格模型上.     

基于视觉曲率估算的文物线图绘制方法

针对表面富含噪声的文物三维模型特征线的有效提取问题,分析了预处理阶段导致纹理细节丢失的原因,提出了一种基于视觉曲率估算的文物线图自动绘制方法。首先,对三角网格模型顶点的高度函数空间进行均匀采样,通过统计高度函数中极值点的个数,实现对模型顶点的视觉曲率估算;然后,根据多尺度约束下模型顶点的视觉曲率分布,将模型划分为平坦区域和特征区域;接着,依据考古领域均值对特征区域的顶点进行锐化滤波,计算出新的三角网格模型的顶点坐标;最后,对三角网格模型提取特征轮廓线,实现对文物线图的自动绘制。实验结果表明,基于视觉曲率的特征轮廓线在保留文物模型表面纹理细节的同时,有效避免了简单脊线/谷线法绘制线图呈现的尖锐现象。     

基于三角网格模型的局部纹理映射

局部纹理映射可以增添三维模型的局部细节,加强模型的真实感。为了实现对三维模型的局部特征描写,增强局部纹理映射的用户可交互性,提出一种基于区域增长和平面投影的方法来实现三角网格模型的局部纹理映射。区域增长是以指定的三角面片为初始种子面片,搜索与种子面片共顶点的增长规则扩散出待映射区域。算法不仅保证了选取区域的完整性,不会出现缺角的情况;同时用户可以改变待映射区域的位置和大小。采用平面投影法对待映射区域进行纹理映射,将三维顶点投影到基准平面上,建立二维坐标系与纹理坐标系的关系,从而确定三维顶点和纹理坐标的对应关系。算法成功应用于实验,表明该方法的可行性。     

离散曲率约束的三角网格模型拓扑分割算法

针对三角形网格模型简化中保持细节特征的要求,提出了依据离散曲率划分三角网格顶点的特性,并结合区域增长法自适应地确定拓扑分支的优化算法.每个顶点根据其相邻面片顶点的曲率值划分属性区域,并在区域生长过程中重复选择K-ring碟形区域中具有相似属性值的顶点作为种子.为了有效地探索凸凹形状区域,以曲率极值点作为初始点,提出了有效的区域增长及合并的策略,突出了模型的局部特征和拓扑结构.最后通过一系列实验验证了该算法的快捷性.     

三角网格模型的特征线提取

在反求工程中，散乱数据点云的曲面重构常采用三角网格模型，若将其转换成曲面实体模型则有更广泛的应用，从三角网格模型中提取特征线是转换过程中的重要步骤．在讨论反求工程中数据点云分块方法的基础上，采取“基于边”的方法来提取特征线：先提取特征点，再连接成特征线．根据相邻三角片的法矢夹角和各点主曲率是否为极值，分两次提取特征点，利用三角顶点加权和均匀化等方法减少狭长三角片对特征点提取的计算误差影响，再将特征点分组连接成B样条曲线．文中算法的结果可为B样条曲面分片拟合和建立B-rep曲面实体模型提供依据。     

综合平均曲率与网格边的特征线提取方法

随着数字几何获取技术的发展,大量的复杂形体采用网格模型表示。而网格模型的特征线或特征边缘的识别和提取是后续开展几何和特征识别的基础工作,为此提出一种综合平均曲率与网格边的三角网格模型特征线提取方法。分两次提取:首先利用三角面片法矢夹角大小对模型中的尖锐边进行初次提取特征点;然后综合平均曲率与网格边的关系对特征点进行二次提取;最后用两次提取边的顶点作为特征点,进行分类分组处理拟合成特征线。经过实例验证,该算法可以快速地提取尖锐边和过渡边等,具有很好的提取效果。     

STL三角形网格模型曲面特征边的提取

针对STL网格模型曲面特征边识别困难的问题,提出一种基于边和面的特征边提取方法。首先遍历网格模型,自适应地获取二面角阈值并根据该阈值识别显性特征边;然后利用最小二乘法估算曲面上顶点的平均曲率,由此计算出三角形面片的近似曲率,并利用相邻三角形的曲率差值来判别其公共的隐性特征边是否为特征边,最后采用改进的断点处特征边提取算法形成完整的特征边界。实验结果表明该方法能够有效地提取STL网格模型曲面网格的特征边,具有很好的鲁棒性。     

逼近散乱点云数据的三角形网格精确剖分

基于自组织特征映射神经网络构建的三角形网格模型可以实现测量点云 压缩后的Delaunay 三角逼近剖分,但该模型存在逼近误差和边缘误差。为减小三角形网格 的逼近误差和边缘误差,构建了精确逼近的三角形网格模型。首先采用整个测量点云,对三 角形网格模型中的所有神经元进行整体训练;然后对三角形网格中的网格神经元的位置权 重,沿网格顶点法矢方向进行修正;最后采用测量点云中的边界点集,对三角形网格模型中 的网格边界神经元进行训练。算例表明,应用该模型,可以有效减小三角形网格的边缘误差, 三角形网格逼近散乱点云的逼近精度得到大幅提高并覆盖散乱点云整体分布范围。     

离散三角网格模型顶点法矢量估算

提出一种新的三角网格模型顶点法矢估算方法,采用以三角网格顶点一阶邻域三角形的形状因子与顶点到三角形质心距进行综合加权的方法。同时指出：在同等三角网格曲面,随着三角网格划分精度的提升,网格顶点法矢估算精度有增大趋势;在同等网格划分精度条件下,对于平均曲率小以及平均曲率变化率小的三角网格模型,其网格顶点法矢估算精度也有增大趋势。实例计算和误差分析表明,该方法的计算结果更为精确合理。     

基于衍生多边形的混合坐标

将多边形三角化,利用三角网格将三角形衍生为点多边形、边多边形和面多边形,再根据已有 的重心坐标提出基于衍生多边形的混合坐标。首先在三角网格内根据初始多边形内部一点所在的三角形得到衍 生多边形,然后使用调和坐标、局部重心坐标、迭代坐标中任意一种计算衍生多边形的顶点关于初始多边形顶 点的重心坐标,再使用迭代坐标计算初始多边形内部一点关于衍生多边形顶点的重心坐标,最后使用合适的混 合函数计算该点关于初始多边形顶点的重心坐标。通过实例证明,这种新的重心坐标具有良好的局部性、非负 性和光滑性。     

基于面部特征约束的人脸纹理映射及变形

将一幅人脸图像（称为源图像）映射到另一幅人脸图像（称为目标图像）上,从而实现人脸图像的变形并达到某种特殊效果的表现要求。其中,一个最关键的问题是保持两幅人脸中器官特征的约束映射。提出一种技术策略,可以有效实现这种映射效果。利用人脸特征检测算法检测出源人脸和目标人脸的特征点;基于特征点,利用Delaunay三角剖分的方法将目标人脸转化为三角网格;采用调和映射的方法计算得出所有网格点在源人脸图像中的对应坐标;在获得网格点纹理坐标后,就可以实现源人脸到目标人脸的映射。实验表明,该方法可以实现任意人脸间的映射,并能较好地保持人脸五官间的映射关系。     

多信息融合的多姿态三维人脸面部五官标志点定位方法

针对三维人脸模型面部五官标志点定位对姿态变化非常敏感的问题,提出了一种基于多信息融合的多姿态三维人脸五官标志点定位方法.首先对二维人脸纹理图像采用仿射不变的Affine- SIFT方法进行特征点检测,再利用映射关系将其投影到三维空间,并采用局部邻域曲率变化最大规则和迭代约束优化相结合的方法对面部五官标志点进行精确定位.在FRGC2.0和自建NPU3D数据库的实验结果表明,文中方法无需对姿态和三维数据的格式进行预先估计和定义,算法复杂度低,同时对人脸模型的姿态有着较强的鲁棒性,与现有五官标志点定位方法相比,有着更高的定位精度.     

一种改进的人脸纹理映射方法

识别人脸图像优化问题,由于人脸纹理映射时容易出现的纹理扭曲和畸变现象,影响图像的真实性,提出一种改进的纹理图像映射方法。根据人脸特征点信息,利用特征块匹配法配准正侧面人脸图像,并使用加权平滑算法和金字塔方法对图像进行双重融合实现图像的平滑过渡;然后利用一种特殊的定位方法来计算三维人脸模型上顶点对应的纹理坐标;最后根据纹理坐标将纹理图像映射到三维特定人脸模型表面上,可得到具有真实感的三维人脸模型。实验结果表明,纹理合成方法简捷有效,纹理映射结果生动逼真,有效的避免了纹理图像的扭曲和畸变现象,具有较高的鲁棒性。     

结构光视觉三维点云逐层三角网格化算法

针对结构光视觉恢复的大规模三维点云的可投影特点,提出一种基于投影网格的底边驱动逐层网格化曲面重建算法。该算法首先将点云投影到一个二维平面上;然后基于点云投影区域建立规则投影网格,并将投影点映射到规则二维投影网格上,建立二维网格点与三维点云间的映射关系;接着对投影网格进行底边驱动的逐层网格化,建立二维三角网格;最后根据二维投影点与三维点的对应关系及二维三角网格拓扑关系获得最终的三维网格曲面。实验结果表明,算法曲面重建速度快,可较好地保持曲面细节特征。     

散乱点云的三角网格重构

基于增量扩散法的思想,提出并实现了一个散乱点云的三角网格重构算法,算法首先利用体素网格的散列表对散乱点进行组织,然后在确定了初始种子三角形的基础上,基于活动边扩展规则构造新的三角形,使网格不断向周围扩展直到活动边表空为止,最后算法合并棱边并计算每个三角形的顶点法矢,最终构造出散乱点云的三角网格。     

3D face authentication and recognition based on bilateral symmetry analysis

We present a novel and computationally fast method for automatic human face authentication. Taking a 3D triangular facial mesh as input, the approach first automatically extracts the bilateral symmetry plane of the facial surface. The intersection between the symmetry plane and the facial surface, namely the symmetry profile, is then computed. Using both the mean curvature plot of the facial surface and the curvature plot of the symmetry profile curve, three essential points of the nose on the symmetry profile are automatically extracted. The three essential points uniquely determine a Face Intrinsic Coordinate System (FICS). Different faces are aligned based on the FICS. The symmetry profile, together with two transverse profiles, composes a compact representation, called the SFC representation, of a 3D face surface. The face authentication and recognition steps are finally performed by comparing the SFC representations of the faces. The proposed method was tested on 382 face surfaces, which come from 166 individuals and cover a wide ethnic and age variety. The equal error rate (EER) of face authentication on scans with variable facial expressions is 10.8%. For scans with normal expression, the ERR is 0.8%.     

基于Candide-3模型的姿态表情人脸识别研究

针对姿态表情严重影响人脸识别准确率的问题,基于Candide-3模型的简化,提出了形状表情关键点拟合的人脸几何结构重建和基于三角网格模型的纹理映射的方法,该方法确定关键特征点,根据人脸的几何结构信息确定姿态角,提取Candide-3模型形状表情对应点,调整模型参数,进行几何结构重建;对几何结构中每个三角网格模型进行纹理影射,得到逼真的特定人脸模型.实验结果表明,该方法提高了人脸重建速度,达到减弱姿态表情对人脸识别影响的目的.     

Curvature estimation for meshes based on vertex normal triangles

The estimation of surface curvature is essential for a variety of applications in computer graphics because of its invariance with respect to rigid transformations. In this article, we describe a curvature estimation method for meshes by converting each planar triangular facet into a curved patch using the vertex positions and the normals of three vertices of each triangle. Our method interpolates three end points and the corresponding normal vectors of each triangle to construct a curved patch. Then, we compute the per triangle curvature of the neighboring triangles of a mesh point of interest. Similar to estimating per vertex normal from the adjacent per triangle normal, we compute the per vertex curvature by taking a weighted average of per triangle curvature. Through some examples, we demonstrate that our method is efficient and its accuracy is comparable to that of the existing methods.     

一个实用的人脸定制和表情动画编辑系统

介绍了一个简单而行之有效的特定人脸定制和表情动画的编辑系统，首先给定一个内嵌肌肉向量的一般人脸三维多边形网络模型并提供特定人脸的正侧面正交图象，然后采用snake技术自动适配人脸特征线，变分一般模型定制出三维虚拟人脸；接着再用多分辨率样条技术产生无缝的人脸纹理镶嵌图，进而生成高度真实感的虚拟特定人脸，由内嵌肌肉向量的参数化表示，通过编辑参数能赋予三维虚拟人脸各种丰富的表情。由于变分后人脸模型的拓扑不变，因此可用基于三角化的图象metamorphosis实现不同特定人脸间的三维morph，该系统能在廉价的PC平台上实现，其快速、简单而且具有真实感，具有很大的实用价值。