OpenGL与VRML在细分几何造型中的应用

细分曲面的生成被广泛应用于计算机图形研究和几何建模应用。本文以Loop细分模式为例，研究了使用OpenGL与VRML在Windows环境下细分曲面的生成。介绍了细分造型技术的原理和OpenGL与VRML文件的结构，并利用它们强大的功能开发出细分曲面造型的系统。     

基于四边形网格的可调细分曲面造型方法

提出了一种基于四边形网格的可调细分曲面造型方法。该方法不仅适合闭域拓扑结构，且对初始网格是开域的也能进行处理。细分算法中引入了可调参数，增加了曲面造型的灵活性。在给定初始数据的条件下，曲面造型时可以通过调节参数来控制极限曲面的形状。该方法可以生成C1连续的细分曲面。试验表明该方法生成光滑曲面是有效的。     

Doo-Sabin细分算法在动态模式下的推广

提出一种基于均匀三角多项式B样条的动态保凸细分算法，它可以看作Doo-Sabin细分算法在动态模式下的一个推广．其细分规则基于张量积曲面细分模式的几何意义，不仅可以生成旋转曲面等特殊曲面，而且可以根据参数来控制细分曲面的形状．最后运用传统的离散傅里叶技术和特征根方法证明了该细分算法的收敛性．     

细分曲面拟合的局部渐进插值方法

逼近型细分方法生成的细分曲面其品质要优于插值型细分方法生成的细分曲面.然而,逼近型细分方法生成的细分曲面不能插值于初始控制网格顶点.为使逼近型细分曲面具有插值能力,一般通过求解全局线性方程组,使其插值于网格顶点.当网格顶点较多时,求解线性方程组的计算量很大,因此,难以处理稠密网格.与此不同,在不直接求解线性方程组的情况下,渐进插值方法通过迭代调整控制网格顶点,最终达到插值的效果.渐进插值方法可以处理稠密的任意拓扑网格,生成插值于初始网格顶点的光滑细分曲面.并且经证明,逼近型细分曲面渐进插值具有局部性质,也就是迭代调整初始网格的若干控制顶点,且保持剩余顶点不变,最终生成的极限细分曲面仍插值于初始网格中被调整的那些顶点.这种局部渐进插值性质给形状控制带来了更多的灵活性,并且使得自适应拟合成为可能.实验结果验证了局部渐进插值的形状控制以及自适应拟合能力.     

Bezier曲面的适应性细分和三角形化的四叉树方法

计算机生成具有浓淡的参数曲面的方法之一是先对曲面进行适应性细分,并对所得到的曲面细分三角形化,得到曲面的三角形网表示,从而可以对每个三角形施行通常的浓淡处理算法。本文介绍了适应性细分双三次Bezier曲面的方法及曲面细分的四叉树表示,在此基础上给出了一个将曲面细分三角形化的算法。该算法防止了由于适应性细分而可能产生的曲面上的裂缝。     

可调自适应三角网格的细分曲面造型方法

为了研究一种简单的有效的细分曲面方法使生成的曲面不仅光滑而且可调,提出了一种面向三角网格的可调自适应细分曲面造型法,该方法通过在传统的Loop细分模式中加入形状控制因子以使生成的曲面形状可调,同时引入二面角作为控制误差来判断相邻三角形夹角是否满足给定的阈值,以此实现自适应细分过程。模拟算例结果表明,该方法不仅能用较少网格获得性能良好的曲面,而且可以通过选取不同的值调整生成曲面形状,满足工程需要。     

Catmull-Clark细分曲面的形状调整

提出一种调整细分曲面形状的算法．该算法用cosα(Ck)取代C-B样条的形状因子α，并将Ck的定义区间从[-1，1]扩大到[-1，∞)；然后用这种扩展了的GB样条来构造catmull—clark细分曲面；使得生成细分曲面的形状不仅能够在C-B样条的范围内可调，而且还能在标准的catmull-clark细分曲面和初始的控制网格之间任意调整．该算法保留了C-B样条和catmull-clark细分曲面的主要特点，如精确表示圆柱体、处理任意拓扑结构的控制网格等。     

细分蒙皮曲面

对细分曲面在曲面造型中的应用进行了研究，并着重于蒙皮曲面造型技术．所提方法在传统的蒙皮曲面构造过程中引入细分方法，有效地避免了因截面曲线的相容性处理而产生的数据量激增的问题；最后生成的蒙皮曲面能够精确插值预先设计的截面曲线，并且可以在指定的截面曲线处产生折痕效果．     

基于C—B样条的Catmull—Clark细分曲面

为了解决Catumull-Clark细分曲面在工程上难以推广的问题，给出了一种基于C－B样条的Catumull-Clark细分曲面的算法，C－B样条曲线是B样条曲线的拓广，但它们的形状依赖于参数α，由于新的曲面细分方法充分利用C－B样条能够精确表示圆，椭圆等规则形体的特性，因而使通过此方法生成的细分曲面，除了在奇异点处能保持二阶导数连续外，还能够像C－B样条曲线，曲面一样，精确地表示圆柱等常规曲面，统一工程曲面等的造型，同时它仍然保持细分曲面的造型特点，即能够解决NURBS曲面难以处理的任意拓扑结构的造型问题，另外，还可依赖控制参数α的调节作用来增加造型的自由度，而且当α→0时，它们就退化成Catmul-Clark细分曲面，在工程图形上的应用实例表明，这种算法简单，有效。     

实现逼近细分模式的统一分解架构

多边形是计算机图形学的一个普遍的建模原语，为渲染多边形而量身度制的图形硬件也已经成为现实。然而，在实现高度分片逼近光滑曲面时，使用多边形建模存在很多问题。这是因为这样的逼近往往含有数十万的多边形，使得设计者难以自由地控制形状。细分则是解决这个难题的新技术，细分曲面的生成也正被广泛地应用于计算机图形研究和几何建模应用，并将成为下一代几何建模原语。本文研究了使用具有分解因子的统一架构生成以逼近模式为例的多边形网格细分曲面建模，并且实现了基于四边形／三角形混合网格的细分。     

基于三进制的loop细分方法

提出了一种基于三进制的loop细分算法。该算法主要是借鉴多分辨率分析中三进制双正交对称插值小波的形成原理,将三进制的概念引入到loop细分方法中,然后分析其细分矩阵,从而得到了三进制loop细分算法。实例表明,该算法能用较少的细分次数获得理想光滑的曲面,从而提高了细分的收敛速度。     

Subdivision Schemes for Quadrilateral Meshes with the Least Polar Artifact in Extraordinary Regions

This paper presents subdivision schemes with subdivision stencils near an extraordinary vertex that are free from or with substantially reduced polar artifact in extraordinary regions while maintaining the best possible bounded curvature at extraordinary positions. The subdivision stencils are firstly constructed to meet tangent plane continuity with bounded curvature at extraordinary positions. They are further optimized towards curvature continuity at an extraordinary position with additional measures for removing or for minimizing the polar artifact in extraordinary regions. The polar artifact for subdivision stencils of lower valences is removed by applying an additional constraint to the subdominant eigenvalue to be the same as that of subdivision at regular vertices, while the polar artifact for subdivision stencils of higher valances is substantially reduced by introducing an additional thin‐plate energy function and a penalty function for maintaining the uniformity and regularity of the characteristic map. A new tuned subdivision scheme is introduced by replacing subdivision stencils of Catmull‐Clark subdivision with that from this paper for extraordinary vertices of valences up to nine. We also compare the refined meshes and limit surface quality of the resulting subdivision scheme with that of Catmull‐Clark subdivision and other tuned subdivision schemes. The results show that subdivision stencils from our method produce well behaved subdivision meshes with the least polar artifact while maintaining satisfactory limit surface quality.     

基于GPU的视点相关自适应细分

利用GPU的强大浮点数计算能力和并行处理能力,提出一种完全基于GPU的视点相关自适应细分内核进行快速细分计算的方法.在GPU中,依次实现视点相关的面片细分深度值计算、基于基函数表的细分表面顶点求值、细分表面绘制等核心步骤,无须与CPU端系统内存进行几何数据交换.视点相关的自适应细分准则在表面绘制精度保持不变的情况下,有效地降低了细分表面的细分深度和细分的计算量,在此基础上完全基于GPU的细分框架使得曲面细分具有快速高效的特点.该方法还可以在局部重要细节用较大深度值进行实时自适应细分,以逼近极限曲面.     

基于任意三角网格的ternary插值细分曲面造型及其分析

针对任意三角网格,提出一种简单有效且局部性更好的带参数的ternary插值曲面细分法,给出并证明了细分法收敛与G1连续的充分条件.在任意给定三角控制网格的条件下,可通过对形状参数的适当选择来实现对插值细分曲面形状的调整.     

基于形状控制的细分曲面的局部渐进插值方法

提出一种基于形状控制的 Catmull-Clark 细分曲面构造方法,实现局部插值任意拓扑的四边形网格顶点。首先该方法利用渐进迭代逼近方法的局部性质,在初始网格中选取若干控制顶点进行迭代调整,保持其他顶点不变,使得最终生成的极限细分曲面插值于初始网格中的被调整点;其次该方法的 Catmull-Clark 细分的形状控制建立在两步细分的基础上,第一步通过对初始网格应用改造的 Catmull-Clark 细分产生新的网格,第二步对新网格应用 Catmull-Clark 细分生成极限曲面,改造的 Catmull-Clark 细分为每个网格面加入参数值,这些参数值为控制局部插值曲面的形状提供了自由度。证明了基于形状控制的 Catmull-Clark 细分局部渐进插值方法的收敛性。实验结果验证了该方法可同时实现局部插值和形状控制。     

面向三角网格的自适应细分

细分曲面存在的一个问题是随着细分次数的增多，网格的面片数迅速增长，巨大的数据量使得细分后的模难以进行其它处理。针对这个问题，该文利用控制点的局部信息提出了一种基于Loop模式的自适应细分算法，利用该算法可避免在相对光滑处再细分，与正常细分相比，既大大减少了数据量，提高了模型的处理速度，又达到了对模型进行细分的目的。     

基于GeoSOT剖分编码的多尺度空间信息区域包含关系计算方法

针对现阶段不同层次空间信息缺乏联系的问题,提出了一种基于剖分编码的多尺度空间信息间区域包含关系计算方法。首先,以GeoSOT剖分框架为组织基础,在不同尺度层上,以剖分面片作为基本单元组合表示地理对象,依据对象表达多尺度剖分编码模型将地理对象赋予剖分编码。然后,提出了基于剖分编码的区域包含关系计算方法,并给出了算法实现的具体流程。进一步采用剖分信息树状结构对空间信息进行统一管理,为剖分体系下组织与管理不同层次的空间信息提供了一种有效的解决思路。     

基于逆3 细分的渐进网格生成算法研究

提出一种基于逆3 细分的渐进网格生成算法,用于解决图形的快速传输和显示问 题。算法的基本思路是：将细密网格通过边折叠操作得到简化网格,以细分极限点逼近原始网 格为准则进行网格调整,采用3 细分得到高密度网格,调整后进行逆3 细分,即逐层次删除 部分顶点,生成用于重构渐进网格模型的基网格,并记录每层删除顶点在采用本层表示时相对 于细分计算位置的几何调整量。3 细分过程中三角片数量增长速度较慢,采用逆3 细分利于 生成多层次的渐进网格,经实例验证,逆3 细分生成渐进网格的效果能满足快速、多分辨率显 示要求。     

一种n次均匀B样条曲线细分算法

利用 次均匀B样条细分的掩模与Pascal三角形关系,并借助控制多边形在每次加细过程中新旧控制顶点对应的几何位置关系,给出一种新的 次均匀B样条曲线细分算法,基于该算法构造出带有形状参数的局部插值约束的奇次均匀B样条细分曲线。通过理论和算例说明,该算法几何直观性强、新旧点对应明确、应用灵活且能保持良好的参数连续性。     

四点多参数Binary细分曲线

在曲线细分过程中引入六个参数,构造出一种新的四点多参数细分Binary曲线算法。对四点多参数Binary细分法的一致收敛性、连续性进行分析,该算法使Dyn四点法以及2到6次均匀B样条细分曲线成为特例。通过对形状参数的适当选择来实现对细分极限曲线形状的调控,增加曲线造型的灵活性,并给出造型实例。