三维模型孔洞修补方法的研究

针对三维模型中带有各种原因造成的孔洞, 为后续的模型分析操作带来困难, 提出了一种基于曲率特征的三维模型孔洞修补方法。其基本思想是利用波前法对孔洞进行快速填充获得初始的修补网格, 再运用网格优化的技术依据孔洞边界点的曲率特征对初始网格进行调整。首先根据邻接三角形中边界边的性质识别出孔洞的边界, 然后使用波前法和三角形顶点的夹角关系完成孔洞的初始填充, 接着结合曲率标准对孔洞网格进行细化, 最后对修补孔洞的网格顶点进行几何形态的调整, 使其与周围网格自然过渡。实验表明该算法简单、稳定, 可以完成不同类型的孔洞修补。     

三角网格模型的补洞算法研究

提出了一种三角网格模型的空间孔洞修补算法.首先根据网格中的点、边和三角形之间的关系提取孔洞边界,然后根据孔洞区域的夹角的顺序在空间中依次填补三角形直至修补完全,接着对新增加的高度弯曲的三角形进行细分,最后对修补后的孔洞网格进行几何形态调整,光顺化整个孔洞曲面.实验结果证明,该算法简单、有效,孔洞修补效果好.     

波前法在三角网格孔洞修补中的应用

为了有效地修补出三角网格中缺失部分的形状,针对弯曲较大的大面积缺失孔洞,提出一种基于波前法的孔洞修补算法.在提取孔洞边界后,首先估计出相对准确的边界点法向,结合Laplacian坐标对边界点进行凹凸性分类;利用边界点的法向和凹凸性信息适当选取控制参数,计算合理的新增顶点位置,并生成新的三角网格,以实现对孔洞的修补.实验结果表明,该算法对弯曲较大的大面积缺失孔洞有较好的修补效果;在未经后续优化处理的情况下,如细化、光顺等,修补网格的顶点密度与原有网格相近,并且与原有网格之间自然过渡.     

有限元网格的孔洞修补算法研究

针对板料成形零件的有限元网格模型提出了一种基于曲面的网格孔洞修补算法,该算法首先建立有限元网格模型的孔洞边界信息,其次利用网格孔洞边界和单元信息确定截面线的方向并生成截面线,然后用蒙皮法构造光滑的蒙皮曲面,最后利用基于边界约束的铺砌算法生成混合网格的孔洞网格,根据此算法获得的孔洞网格可以与原有网格光滑地融为一体,可以很好地满足板料成形CAE分析零件的网格孔洞修补要求,应用实践表明该算法是稳定可靠的。     

自交有理参数曲面网格生成

针对现有网格生成算法在处理自交曲面时出现的缺少交线表示、误差大以及交线附近三角形质量差的问题,提出一种针对自交有理参数曲面的网格生成算法.首先,利用动平面法计算曲面的奇异因子;其次,利用奇异因子和曲面的第一基本形式定位交线上的拓扑关键点;再次,基于动平面法设计了一种交线网格点配对生成算法,以保证网格交线的邻域协调性;最后,使用基于粒子的网格生成法生成参数域网格.在具有不同拓扑的自交曲面上进行网格生成实验,所提算法可保证网格交线拓扑正确性,且与未进行交线网格点配对的各类代表性各向同性网格生成算法相比,网格三角形最小角平均值平均高0.6%.     

体积平方度量下的特征保持网格简化方法

提出了一种基于体积平方度量的三角形折叠网格简化新方法.新方法通过极小化误差目标函数简化三角形网格.简化误差定义为三角形简化后产生的网格模型平方体积变化,并以三角形几何形状因子和法向因子作为约束.简化误差的表示形式为一个二次目标函数,因此,每次简化后三角形网格的新顶点是一个线性问题的解.与目前简化效率最好的QEM方法相比,新方法不增加算法复杂度.如果被简化的三角形是强特征三角形,则用其高斯曲率最大的顶点作为新顶点,以保持原始模型的细节特征;对于非强特征三角形,新顶点用极小化折叠误差确定.对于边界三角形,新顶点的位置由不同于内部三角形的方法进行计算,保持了网格的边界特征.最后用实例说明新方法的有效性.     

基于粒子群优化算法的三角网格孔洞修补

为了对三角网格模型中的复杂孔洞和曲率变化较剧烈部位处的孔洞进行修补,提出了一种基于粒子群优化算法（PSO）的三角网格孔洞修补算法。首先对孔洞多边形进行初始网格化,并计算所有网格顶点的梯度值,然后采用PSO搜索与孔洞边缘顶点梯度匹配的点集,最后根据孔洞匹配点集中顶点的梯度对孔洞中的初始网格进行修正,实现三角网格孔洞的修补。实验表明,该算法对各种复杂或曲率变化较大的孔洞,都有很好的修补效果。     

一种改进的基于三角形折叠和包络的网格简化

我们提出了一种带属性的三角形网格简化方法,该方法利用包络和二次误差矩阵来共同控制简化：利用包络控制网格简化的全局误差,保证简化的整体效果;利用二次误差矩阵对网格简化的局部误差进行控制,以保持模型的局部特征和细节。算法中还加入了颜色、纹理方面的参数,以保持模型的颜色和纹理特征。     

基于扩展总变差正则项的三维网格模型修复算法

针对特征保持的三维网格模型孔洞修复问题,提出一种基于扩展总变差正则项的修复算法.首先,根据邻接三角形中边界边的性质识别孔洞边界,利用动态规划方法重构孔洞区域的连接关系;然后,建立适用于三维网格模型修复的变分优化模型;最后,引入增广拉格朗日方法求解变分模型,迭代地优化三维网格模型的顶点位置.以带有孔洞的三维网格模型为数据,与2种基于体素的修复算法以及1种基于曲面的修复算法进行对比实验,实验结果表明,该算法能够有效地修复孔洞区域特征,在保持三维网格模型原始特征的同时全局地重建整个模型.     

接触面的一致性三角形网格生成算法*

为了简化数值模拟中三角形网格模型之间的接触问题,设计了在接触面上生成一致性三角形网格的算法,基本步骤为构造网格拓扑关系、搜索重叠网格、完善重叠网格、拷贝网格、修补边界空隙。采用面向配对顶点的搜索方法、点投影的判定方法、基于边界环的孔洞搜索方法,准确地确定了接触区域,利用最短对角线的方法修补了边界空隙,较好地生成了一致性网格,并采用三轴分块排序表提高了效率。实验结果表明,该算法准确、高效地实现了接触面上网格的一致性。     

基于调制度信息的网格重构算法

提出一种基于调制度的网格重构算法,首先对调制度进行等级量化,在调制度高的区域构造种子三角面片;然后优先选取测点调制度高的活动边进行增长,依据加权最小长度准则选择最佳候选点;在径向基函数孔洞修补之前根据三角面片几何属性对孔洞边界进行预处理.实验结果表明,该算法对平坦和高曲率区域都能有效地重构出形态比较均匀的二维流形网格,较好地保持了模型的细节尖锐特征.     

三角网格模型的各向异性孔洞修补算法

提出一种用于三角网格模型的各向异性孔洞修补算法.该算法避免了高代价的孔洞多边形最优三角化求解过程,只需对其进行一般三角化;而后通过很少次数的迭代过程对孔洞三角化后的网格进行细化和几何形态的调整,使其和周边网格自然过渡.实验结果证明,该算法高效、稳定,能够处理各种类型的孔洞.     

A robust hole-filling algorithm for triangular mesh

This paper presents a novel hole-filling algorithm that can fill arbitrary holes in triangular mesh models. First, the advancing front mesh technique is used to cover the hole with newly created triangles. Next, the desirable normals of the new triangles are approximated using our desirable normal computing schemes. Finally, the three coordinates of every new vertex are re-positioned by solving the Poisson equation based on the desirable normals and the boundary vertices of the hole. Many experimental results and error evaluations are given to show the robustness and efficiency of the algorithm.     

三维封闭三角网格孔洞边界识别算法

针对三维封闭三角网格模型的缺失实体孔洞,提出一种边界识别算法。以手绘曲线作为输入,结合轮廓线法得到目标孔洞的近似边界点集,生成连续的孔洞轮廓线。按照曲线点集并以孔洞轮廓线辅助搜索孔洞的上边界,根据上边界向下搜索得到孔洞的下边界。该算法可用于满足二维流形、可定向及封闭的三角网格模型上孔洞边界的定位,能够简化孔洞边界的定位过程,提高设计系统的易用性。     

A triangulation-based hole patching method using differential evolution

In this work, a new hole patching method (namely as, HPDE) is proposed to repair the damaged or ill-scanned three dimensional objects in real engineering applications. Our method differentiates from other related algorithms mainly on the following three aspects. Firstly, our algorithm sufficiently utilizes the point information around the considered hole for each prediction by constructing point correspondences on both sides of the boundary curve of the hole; secondly, the missing points in the hole region are predicted by the algorithm of differential evolution (DE), which is used to obtain the topological and geometrical structures of the mesh in the hole region; thirdly, operations of mesh optimization are adopted for improving the quality of the obtained triangulation mesh. Numerical results on kinds of holes with complex shape and large curvature, and a comparison with two recently proposed algorithms verify the effectiveness of the algorithm, further experiments on the noisy data points illustrate the robustness of the algorithm against noise.     

Biharmonic fields and mesh completion

We discuss bi-harmonic fields which approximate signed distance fields. We conclude that the bi-harmonic field approximation can be a powerful tool for mesh completion in general and complex cases. We present an adaptive, multigrid algorithm to extrapolate signed distance fields. By defining a volume mask in a closed region bounding the area that must be repaired, the algorithm computes a signed distance field in well-defined regions and uses it as an over-determined boundary condition constraint for the biharmonic field computation in the remaining regions. The algorithm operates locally, within an expanded bounding box of each hole, and therefore scales well with the number of holes in a single, complex model. We discuss this approximation in practical examples in the case of triangular meshes resulting from laser scan acquisitions which require massive hole repair. We conclude that the proposed algorithm is robust and general, and is able to deal with complex topological cases.     

Visibility-driven mesh analysis and visualization through graph cuts

In this paper we present an algorithm that operates on a triangular mesh and classifies each face of a triangle as either inside or outside. We present three example applications of this core algorithm: normal orientation, inside removal, and layer-based visualization. The distinguishing feature of our algorithm is its robustness even if a difficult input model that includes holes, coplanar triangles, intersecting triangles, and lost connectivity is given. Our algorithm works with the original triangles of the input model and uses sampling to construct a visibility graph that is then segmented using graph cut.     

结合边分割的改进二次误差测度算法

为了有效解决二次误差测度算法(quadric error metrics, QEM)容易产生异常三角面、失去局部特征、几何结构异常等问题, 提出一种结合边分割的改进二次误差测度算法(quadric error mactrics with edge splitting, ESQEM). 该算法添加顶点高斯曲率作为边折叠代价之一, 通过参数调节模型特征保留情况; 添加边长查询机制, 对细长三角面进行边分割操作. ESQEM算法能有效维护网格模型高曲率区域特征、保持网格几何结构、消除狭长三角面, 简化后的模型有更好的视觉效果, 高简化率下的简化精度更高.