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。     

基于局部刚性约束的微分网格变形算法

针对网格角色模型（人体或动物模型）的关节部位在变形中易出现扭曲或不自然体积改变的问题,结合网格刚性变形和微分变形的理论,提出了一种基于局部刚性约束的变形算法。在本算法中,首先采用距离场方法求取模型的骨架关节点,然后在关节点上插入刚性约束架,再用均值坐标将刚性约束架和模型绑定到一起,最后通过求解包含微分约束和局部刚性约束的能量方程得到变形结果。实验表明,本算法很好地解决了大规模角色模型变形过程中,关节部位出现失真的问题。     

基于骨架的网格模型变形

现有骨架驱动变形算法多以单一骨架驱动变形,且骨架预设十分复杂。为此,提出一种基于骨架的网格模型变形算法。结合多分辨率Reeb图方法提取模型的骨架结构,确定各骨架点对应的局部区域,将骨架点插值构造二次Bézier曲线,通过交互式拖动任意骨架点,计算与其相连多骨架点的动态变化情况,实现模型局部区域的自然形变。实验结果表明,该算法能获得较为自然平滑的变形结果。     

骨架驱动的三维模型变形方法

为发展三维网格模型的变形技术,研究了多种三维模型变形算法,通过对骨架驱动变形算法的深入研究,针对现行算法多是以单一骨架驱动变形的不足,提出了一种新的基于多骨架点驱动的交互式局部变形方法.有效结合模型的骨架图结构,确定各骨架点对应的局部区域.并将骨架点拟合为二次Bézier曲线,通过交互式拖动任意骨架点计算与之相连的多骨架点的动态变化,实现模型局部区域的自然形变.实验结果表明了该算法的有效性和直观性.     

基于细分的网格模型骨架驱动变形技术

针对传统骨架驱动变形方法中模型细节特征不能得到有效保持的问题,提出一种基于细分的骨架驱动网格模型变形方法。首先,对网格模型待变形区域基于截交线进行局部骨架提取和控制网格构建,分别建立骨架与控制网格以及控制网格所对应细分曲面与待变形模型区域之间的关联关系;然后,将基本函数作用下的自由变形方法应用于骨架变形,通过骨架变形驱动控制网格变形,将变形前后控制网格所对应细分曲面的变化信息转为网格模型泊松梯度场的改变;最后,根据改变后梯度场重建网格模型。实例表明,该变形方法针对不同网格模型均可以得到较好的编辑效果,且细节信息在变形后都得到了有效保持。与传统骨架驱动变形方法相比,该方法除具备交互操作简单直观的优势外,同时能够更好保持变形模型几何细节特征,更为适合具有丰富几何细节的复杂模型的变形编辑。     

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.     

高斯曲率约束的MRG骨架提取优化算法

三维模型的骨架保持了模型的拓扑特性,并被广泛应用于模型相似性比较、计算机动画及压缩等领域.根据多分辨率Reeb图的原理,提出了一种基于离散高斯曲率约束的骨架提取优化算法.通过计算网格顶点的离散高斯曲牢判断曲面局部凸凹特性,以获取模型表面的双曲极值点作为约束点;并依据约束点及其邻域的μ函数值产生的分裂线进行区域细分,获得子连通区域、确定关节点、形成优化的骨架结构.实验结果表明,该算法有效地突出了模型的拓扑分支特征以及模型表面的细节,提高了骨架提取的精度和效率.     

任意姿态虚拟人网格模型骨骼提取算法

人体骨骼动画技术是虚拟人物建模中的研究重点。在现有人体骨骼动画的制作过程中,动画师必需手工标定人体各主要关节点位置及人体骨架每一关键帧的姿态,工作量巨大。因此提出一种自动提取人体任意姿态网格模型骨架结构的方法。该方法首先利用模型各顶点间测地距离的几何关系自动识别人体位于四肢和头顶末端的5个特征点,再以特征点为起点生成等测地距离曲线族,利用等测地距离曲线将人体四肢和躯干区分开来,将这些相邻等测地线中心连接起来生成5条骨骼中心线,最后在中心线上根据中心夹角极小值及等测地距离曲线似圆率来确定人体关节的确切位置。实验结果表明,该算法能适应不同姿态的人体模型,计算结果准确性高,能完全自动实现关节点定位和骨骼提取。     

多边形中心点向量的二次插值变形算法

多不动点约束下的网格变形算法需要用户确定不动点和操作点,针对该问题,提出多边形中心点向量的二次插值变形算法。该算法根据源、目标多边形中心点向量间旋转经过的面积与2个向量间的差值建立相似度函数,在变形过程中采用二次贝塞尔插值方法,在对应过程中利用改进的动态规划算法。实验结果表明,该算法可减少变形过程中多边形内部扭曲的程度,且计算量小、对应时间短、变形效果自然。     

可控制形状的多边形变形算法

提出了一种可控制形状的多边形变形算法。该方法在源和目标多边形上指定对应的特征点,通过特征点的位置变化来带动整个多边形变化。得到的中间多边形在特征点约束下保持原内在量相对关系的最小变化,有效去除了多余的形变。通过试验表明,该算法产生的变形序列能很好地避免萎缩、自交等不自然现象,取得了良好的变形效果。     

Finite element mesh deformation with the skeleton-section template

To develop fast finite element (FE) adaptation methods for simulation-driven design optimization, we propose a radial basis functions (RBF) method with a skeleton-section template to globally and locally deform FE meshes of thin-walled beam structures.The skeleton-section template is automatically formulated from the input mesh and serves as a hierarchical parameterization for the FE meshes. With this hierarchical parameterization, both the global and the local geometries of a thin-walled beam can be processed in the same framework, which is of importance for designing engineering components. The curve skeleton of the mesh is constructed with Voronoi decomposition, while the cross-sections are extracted from the mesh based on the curve skeleton.The RBF method is employed to locally and globally deform the mesh model with the cross-sections and the skeleton, respectively. The RBF method solves the spatial deformation field given prescribed deformations at the cross-sections. At the local scale, the user modifies the cross-sections to deform a region of the surface mesh. At the global level, the skeleton is manipulated and its deformation is transferred to all cross-sections to induce the mesh deformation.In order to handle curved mesh models and attain flexible local deformations, the input mesh is embedded into its skeleton frame field using an anisotropic distance metric. In this way, even strip-like features along arbitrary directions can be created on the mesh model using only a few cross-sections as the deformation handles. In addition, form features can be rigidly preserved at both deformation levels.Numerical examples demonstrate that intuitive and qualified FE mesh deformations can be obtained with manipulation of the skeleton-section template.     

基于变形图的谱姿态迁移

为减低谱姿态迁移结果受几何代理 Cage 的影响程度,提出基于变形图的谱姿态迁 移方法。首先,利用优化二次误差度量方法简化源网格得到变形图,将源网格顶点以测地距离 为权重用变形图顶点表示,强制源网格顶点与基于耦合准调和基的姿态迁移结果尽可能相同, 同时保持变形图的拉普拉斯坐标,获得低频姿态迁移结果,并利用嵌入变形算法对此结果进行 优化;然后,通过观察找到次级姿态学习不充分的局部网格,分割出局部子网格,对这些子网 格使用低频姿态迁移方法,可以学习到次级姿态。实验结果表明,在一定程度上降低了几何代 理的影响,有效地提高了谱姿态迁移结果。     

多面约束棱台体全六面体网格生成算法

利用四角点双线性插值反映射法确定两多边域间的映射点；运用约束引导线和节点等参光顺法实现对多边形的四边形分解；最后，结合超限映射法与分层原则实现该类实体全六面体有限元网格生成．文中算法拓广了超限映射法的应用范围．实例表明：该算法简单、效率高、生成单元的质量好。     

基于 Kinect 的拉普拉斯网格形变三维人脸建模

为了快速创建真实感较强的三维人脸模型,提出了基于 Kinect 的拉普拉斯网格形 变建模方法。利用 Kinect 获取彩色和深度图像信息,对深度图像进行双边滤波处理,对彩色图 像进行低层级顶点定位;构建标准三维人脸模型,并为该人脸模型中的顶点建立低、中、高 3 个级别的层级结构,通过低、中层级中顶点的位置关系创建 Sibson 局部坐标约束;利用该约束 构建彩色图像中间层级顶点,并结合深度信息对标准三维人脸模型进行拉普拉斯网格变形,获 得真实感较强的三维人脸模型。实验结果表明,该算法在建模的真实感上得到了提高,与对比 算法相比,在建模时间上得到很大的优化。     

Interactive shape modeling using Lagrangian surface flow

In this paper, we propose a new shape-modeling paradigm based on the concept of Lagrangian surface flow. Given an input polygonal model, the user interactively defines a distance field around regions of interest; the locally or globally affected regions will then automatically deform according to the user-defined distance field. During the deformation process, the model can always maintain its regularity and can properly modify its topology by topology merging when collisions between two different parts of the model occur. Comparing with level-set based methods, our algorithm allows the user to work directly on existing polygonal models without any intermediate model conversion. Besides closed polygonal models, our algorithm also works for mesh models with open boundaries. Within our framework, we developed a number of shape-modeling operators including blending, cutting, drilling, free-hand sketching, and mesh warping. We applied our algorithm to a variety of examples that demonstrate the usefulness and efficacy of the new technique in interactive shape design and surface deformation.