变形图驱动和变形感知的谱姿态迁移

为了提高姿态迁移过程中网格表面形状细节的保持能力,减少分层姿态迁移的交互环节,提出变形图驱动且变形感知的自动分层谱姿态迁移方法.首先利用变形图对三维模型进行形状保持的全局低频姿态迁移;然后根据模型变形前后的特征变化自动分割出局部刚性块,并对它再次进行姿态迁移,直到所有局部网格的姿态得到充分迁移.通过多个例子对文中方法和Yin等方法进行了比较,实验结果表明,文中方法次级姿态迁移的次数降低38.0％,平均距离误差降低54.0％,表面积和体积的变化降低12.5％.该方法的姿态迁移较充分,在模型的形状保持上更有优势,且自动化程度较高.     

基于空间矢量变换的模型约束变形

基于空间矢量线性变换知识,提出了一种新的多边形网格模型变形方法。在三维模型空间选择一点作为约束源,并设置此约束源的影响半径。通过计算约束源与三维模型网格面片顶点之间的距离来确定待变形局部顶点区域。把空间矢量的线性变换应用到网格面片顶点变形所需的向量函数,依此函数直接精确地计算出网格面片顶点的新位置,从而实现模型的变形。通过对算法原理的进一步分析扩展了该变形方法的应用范围。     

基于面法向量谱变换的网格光顺算法

微分坐标是刻画网格模型几何细节特征的有力工具,面法向量作为网格模型的一阶微分量,计算简单、不易受噪声影响,能真实反映网格模型的细节特征。基于此,提出一种改进的网格光顺去噪算法,使用信号处理技术中的谱网格处理方法,通过分解面法向量的拉普拉斯矩阵,将网格模型的面法向量变换到频谱域中,利用低频滤波器去除高频噪声得到连续的面法向量信号,基于三角面片重心约束条件重建网格顶点坐标,得到光顺的网格模型。实验结果表明,该算法使用的面法向量不易受到噪声影响,比顶点法向量更鲁棒,大幅提高了谱分解的效率,并且能克服光顺过程中产生的体积收缩、变形和过光滑等现象。     

保细节的网格刚性变形算法

提出了一种新的保细节的变形算法,可以使网格模型进行尽量刚性的变形,以减少变形中几何细节的扭曲.首先根据网格曲面局部细节的丰富程度,对原始网格进行聚类生成其简化网格;然后对简化网格进行变形,根据其相邻面片变形的相似性,对简化网格作进一步的合并,生成新的变形结果,将该变形传递给原始网格作为初始变形结果.由于对属于同一个类的网格顶点进行相同的刚性变形,可在变形中较好地保持该区域的表面细节,但分属不同类的顶点之间会出现变形的不连续.为此,通过迭代优化一个二次能量函数,对每个网格顶点的变形进行调整来得到最终变形结果.实验结果显示,该算法简单高效,结果令人满意.     

基于“几何-拓扑”迭代优化的三维网格模型修复算法

针对三维网格模型孔洞保特征修复问题,提出一种基于"几何-拓扑"迭代优化的三维数据修复算法.给定残缺的三角网格模型,首先识别孔洞区域,利用动态规划方法对孔洞区域进行初始的三角剖分,赋予孔洞区域拓扑连接关系;然后识别孔洞边界一对特征点,基于特征点及其法向粗略拟合特征曲线,在特征曲线的指导下调整孔洞局部的拓扑结构,即孔洞区域拓扑连接关系优化;最后基于孔洞及其N环邻域构建保特征的局部总变分能量函数,迭代求解孔洞及其邻域的顶点几何位置,即局部顶点几何位置的优化,重复局部拓扑连接关系优化和顶点几何位置优化,直到拓扑结构优化处理中不再发生连接关系调整,即完成了三维网格模型的修复.在现有的完整三维网格模型上人为去除部分构造带孔洞的残缺模型,以此作为数据,与其他修复算法进行对比实验的结果表明,所提算法可以有效地恢复孔洞区域的显著特征,并且在修复时间和误差统计上占有明显优势.     

基于最小二乘网格的模型变形算法

针对自由变形技术难以保持模型细节的问题,提出一种基于最小二乘网格的模型变形算法.通过顶点位置约束的全局拉普拉斯光顺分解出表示模型低频信号的最小二乘网格,并求出高频信号在该网格上的编码;通过用户交互,基于均值坐标对最小二乘网格进行自由变形;根据最小二乘网格各顶点处局部标架在变形时的几何变换求出变形后的高频编码,通过解码求出变形后的网格模型.实验结果表明,该算法简单、高效且便于用户交互,有效地保持了模型的几何细节.     

基于STL文件的Laplacian网格优化算法

针对三角网格模型优化算法对模型几何细节描述不够精确的问题,提出一种基于Laplacian坐标的网格模型全局优化算法。模型几何细节描述方面,采用网格顶点Laplacian坐标。网拓扑结构不变的前提下,可精确描述网格曲面局部几何特性。顶点重新定位方面,采用在最小二乘意义下求解由权重控制的包含顶点位置,以及Laplacian坐标双重约束的线性系统最优解的方法。实验结果表明,该算法在优化提高模型三角面片质量的同时,可较好地保留原始模型的几何细节。     

优化变形能的平面多边形同构剖分

平面多边形间的同构三角剖分是平面形状渐进过渡与插值的基础,降低对应三角形的变形程度是获得高质量应用的关键.文中提出一种基于变形能优化的2个平面多边形的同构剖分算法,其中包含同构剖分生成和变形能最小化2个模块.首先根据用户指定的对应特征点对多边形进行顶点重采样,得到顶点一一对应的2个多边形;然后利用带约束的Delaunay剖分对其中的一个多边形进行三角化,得到源网格;再用重心坐标将源网格的内部顶点嵌入到另一个多边形得到同构剖分(目标网格);最后逐一检查三角形的变形能,对源网格中变形能超过阈值的三角形进行细分,用同构剖分模块生成新的目标网格.实验及数据统计分析表明,该算法可以得到较好的同构三角剖分,提升网格质量,并能很好地避免纹理细节失真.     

基于测地距离的多边形网格模型约束变形

提出了一种基于测地线的多边形网格模型的约束变形方法.首先给定一系列的变形约束源(可以是点、线或者面)以及约束源的有效半径及变形目标(偏移量、缩放比例、旋转轴和旋转角度),然后通过计算三角形网格的各顶点到约束源的测地距离来确定各顶点的场值,这个场值将作为变形的权值.在基于欧氏距离的传统约束变形中,对某一约束区域的变形往往导致对约束源附近区域不需要的变形结果,而利用测地距离来计算各点的变形权值,可以很好地避免这种现象的出现.实验结果表明,这种变形方法是直观而且有效的.     

二维限定三角网格质量优化方法

使用拓扑优化和几何优化相结合的方法对限定Delaunay三角网格进行质量优化,首先针对普通的拉普拉斯算法会造成网格局部收缩的缺陷,对拉普拉斯算子进行了改进,改进后的拉普拉斯算子克服了这一缺陷;然后对网格顶点的度进行优化,使每个顶点都有一个优化的度数;最后对拓扑优化的网格使用改进的拉普拉斯算子进行几何优化,优化后的网格质量得到了显著的提高,算例表明了算法是可行的。     

Segmenting a deforming mesh into near-rigid components

Given a deforming mesh in an animation, we propose a new method to segment this mesh into several near-rigid sub-meshes. From this deforming mesh over all frames of an animation, we can analyze the degree of deformation between two nearby faces on the mesh. Then, our algorithm partitions the given deforming mesh into near-rigid components where the segmentation boundaries always pass at regions of large deformation. As a result, the mesh segmentation is invariant to all frames of the given animation and the motion of faces in each near-rigid-component can be represented by the same approximate affine transformation. To demonstrate the usefulness of the algorithm, we solve the restriction of deformation transfer for triangle meshes [31] which requires similar reference poses between source mesh and target mesh.     

Using sequential NETGEN as a component for a parallel mesh generator

A parallel tetrahedral mesh generator is developed using the existing sequential NETGEN mesh generator. Mesh generation algorithms developed decompose the geometry into multiple sub-geometries sequentially on a master node and then mesh each sub-geometry in parallel on multiple processors. Two methods are implemented. The first decomposes the geometry and produces conforming surface sub-meshes from which volume meshes can be generated in parallel. A second refinement based method also makes use of the CAD geometry information. A scalable mesh migration algorithm that utilizes “owner updates” rule is implemented. Results show that using the refinement based method, a mesh with a billion elements can be generated in about a minute.     

Motorcycle graph enumeration from quadrilateral meshes for reverse engineering

Recently proposed quad-meshing techniques allow the generation of high-quality semi-regular quadrilateral meshes. This paper outlines the generation of quadrilateral segments using such meshes. Quadrilateral segments are advantageous in reverse engineering because they do not require surface trimming or surface parameterization. The motorcycle graph algorithm of Eppstein et al. produces the motorcycle graph of a given quadrilateral mesh consisting of quadrilateral segments. These graphs are preferable to base complexes, because the mesh can be represented with a smaller number of segments, as T-joints (where the intersection of two neighboring segments does not involve the whole edge or the vertex) are allowed in quadrilateral segmentation.The proposed approach in this study enumerates all motorcycle graphs of a given quadrilateral mesh and optimum graph for reverse engineering is then selected. Due to the high computational cost of enumerating all these graphs, the mesh is cut into several sub-meshes whose motorcycle graphs are enumerated separately. The optimum graph is then selected based on a cost function that produces low values for graphs whose edges trace a large number of highly curved regions in the model. By applying several successive enumeration steps for each sub-mesh, a motorcycle graph for the given mesh is found. We also outline a method for the extraction of feature curves (sets of highly curved edges) and their integration into the proposed algorithm. Quadrilateral segments generated using the proposed techniques are validated by B-spline surfaces.     

Non-rigid isometric ICP: A practical registration method for the analysis and compensation of form errors in production engineering

The unprecedented success of the iterative closest point (ICP) method for registration in geometry processing and related fields can be attributed to its efficiency, robustness, and wide spectrum of applications. Its use is however quite limited as soon as the objects to be registered arise from each other by a transformation significantly different from a Euclidean motion. We present a novel variant of ICP, tailored for the specific needs of production engineering, which registers a triangle mesh with a second surface model of arbitrary digital representation. Our method inherits most of ICP’s practical advantages but is capable of detecting medium-strength bendings i.e. isometric deformations. Initially, the algorithm assigns to all vertices in the source their closest point on the target mesh and then iteratively establishes isometry, a process which, very similar to ICP, requires intermediate re-projections. A NURBS-based technique for applying the resulting deformation to arbitrary instances of the source geometry, other than the very mesh used for correspondence estimation, is described before we present numerical results on synthetic and real data to underline the viability of our approach in comparison with others.     

基于局部相似变换的网格变形复制

使用标记点在源和目标间建立关联;然后根据源标记点移动目标标记点,非标记点在标记点的基础上进行变换;最后采用改进的约束方程对结果进行后处理,得到光滑变形结果.该方法不仅适合动画制作初学者,而且可以很容易扩展到非结构化表示的三维模型中,具有良好的通用性.     

一种3维动画中间帧非线性插值算法

关键帧动画是3维动画制作的常用模式，中间帧插值又是关键帧动画中最为繁琐的环节。提出了一种针对无骨架3维网格模型的非线性插值算法，用于对网格模型的关键帧姿态进行插补，自动生成中间帧动画序列。该算法首先计算动画角色的网格模型各三角片在相邻关键帧中的仿射变换，并据此生成变形梯度向量，作为3维网格模型的形变信息，这种表示形式体现了变形过程中网格顶点之间的局部互相关关系。随后将各仿射变换分解为旋转成分与拉伸缩放成分，对拉伸缩放成分进行线性插值，而对旋转成分采用四元数插值算法进行非线性插值，合成中间帧姿态的变形梯度向量，并据此计算出中间帧网格模型。当相邻关键帧姿态存在较大差异时，该算法也能快速生成平稳而生动的中间帧动画，可有效减少关键帧的数量，提高动画制作效率。     

一种基于物理的实时细节保持变形算法

实时变形是计算机图形学研究的热点问题之一,复杂物体的实时变形至今仍未得到很好的解决.从物理变形方法和多分辨率网格编辑技术的优点出发,提出了一种适合于复杂弹性物体的实时变形算法.在预处理阶段,将原始精细网格模型进行简化以建立其基网格表示,基于基网格对模型的局部细节特征进行编码;在实时绘制阶段,在基网格上进行物理变形操作,并通过变形后的基网格和细节编码重构出变形后的精细网格.以上过程充分利用图形硬件的并行处理能力,利用像素处理器进行大部分计算操作.实验结果表明,该算法在变形过程中较好地保持了物体的局部特征,适合于表面细节复杂物体的实时变形应用.     

用弹簧分子系统进行弹性医学图像配准

将源图像Delaunay三角化,用弹簧分子系统模拟网格形变,网格点在系统力的作用下移动去拟合待配准的目标图像.力由互信息梯度定义,并利用已知解剖结构特征的对应关系对形变过程进行约束.经过一段时间,网格点停止运动,对每一个Delaunay三角形计算局部仿射变换.实验结果表明,该算法能够快速准确地实现弹性医学图像配准.     

具有直线结构保护的网格化图像拼接

目的 基于网格变形的图像配准方式,针对待拼接图片重叠区域的视差具有一定的容忍性,并且能够适应更复杂的图像拼接场景。在NISwGSP （natural image stitching with the global similarity prior）算法基础上提出了一种具有直线结构保护的图像拼接算法（MISwLP）,该算法通过提取图片中的直线结构并施加约束,可以得到视觉效果自然、畸变较小的图像拼接结果。方法 首先对图片进行网格划分,建立网格优化模型,针对网格顶点坐标集定义能量函数,在保证图片重叠区域高度对齐的同时,对网格进行相似性连续约束,并辅以直线结构约束,最后使用共轭梯度最小二乘法求解得到最优网格顶点集,指导网格变形。结果 针对不同场景下的图片进行拼接实验,同时和几种比较流行的图像拼接软件和算法进行比较。结果表明,同经典拼接算法,比如Autostitch相比,基于网格优化的图像拼接算法能够适应更加复杂的多平面场景,在减小投影失真和对齐误差方面表现更好;同现在比较好的几种网格拼接算法,比如SPHP （shape-preserving half-projective warps for image stitching）、APAP （as-projective-as-possible image stitching with moving DLT）、NISwGSP等的比较,MISwLP算法不仅能够很好地对齐图像和避免投影失真,并且能够保持图像重叠区域到非重叠区域的一致性,即保护原图中的直线结构。结论 提出了一种基于网格优化的直线约束方法,对于具有显著几何结构的图像拼接场景,能够较好地保护拼接后图像中原有的直线结构,具有较好的应用价值。