可减少模型简化误差的边折叠简化算法及应用

基于三角形网格边折叠简化思想，提出一种基于边顶点重要度简化算法，简化算法能有效保持模型局部特征，减小简化模型和原始模型之间的误差；采用一种改进的三角形网格数据结构，利用二叉树对顶点重要度进行快速排序并记录三角形合并关系，得到所需分辨率下的近似网格模型。数据结构具有层次清楚、操作简单、可扩充性等特点，能有效支持多分辨率简化与快速可视化。     

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.     

基于子分规则的边折叠简化方法

边折叠简化方法是一种主要的三角网格简化方法，已成为多分辨率自适应曲面参数化，基于法向细节的几何压缩，渐进风格算法的重要组成部分，文中采用子分的思想生成三角网格模型的新顶点，从而减小了简化模型和原始模型之间的误差，此外，还给出保持模型流形的方法，最后给出一种新的计算简化网络与原发中网络之间的Metro距离的采样方法，并分析这个距离误差。     

基于特征保持的曲面网格简化

为了在简化网格的同时保持曲面网格的特征细节, 提出了一种特征保持的曲面网格简化新方法。首先论证并采用了刻画曲面特征的顶点法向量作为统一度量标准, 推导出了基于顶点法向量变化的折叠代价, 以边折叠法对曲面网格进行简化。实验表明, 该方法既能较好地保持曲面的特征细节, 又能同步对网格的高曲率区和低曲率区进行简化, 具有良好的简化特性; 统一的度量标准也为网格简化过程的实际控制提供了很大的方便。     

基于弹簧-质点模型的不规则曲面纹理映射

针对三角网格表示的不规则曲面的纹理映射问题,提出一种基于弹簧-质点模型的简单、高效、失真小的纹理映射算法。结合调和映射的参数化方法以及弹簧-质点模型的复杂平面展开方法,保持拓扑关系地将三维曲面投影于平面内;通过建立三角网格表示的投影面的弹簧-质点模型,将不规则曲面参数化于给定大小的矩形域;利用参数化的结果计算不规则曲面各顶点的纹理坐标,进行纹理贴图。实验结果表明,该算法能够实现纹理高效、均匀、变形小地映射于任意不规则曲面上。     

保持细节几何特征的三维网格模型轻量化算法

对三维模型进行轻量化的一个重要策略是利用网格简化算法减少模型表面的三角面片数量，其中广泛使用的边折叠算法相较于其他网格简化算法效率更高、简化效果更好，然而该算法存在简化过程中可能损坏或丢失部分细节几何特征的问题。为了解决上述问题，提出通过增加曲线近似曲率和模型待折叠边的一阶邻域三角形的平均面积作为惩罚因子，以优化原始算法的边折叠代价。首先，根据几何中曲线曲率的定义，提出了曲线近似曲率的计算公式；其次，在顶点法向量的计算过程中，使用面积加权和内角加权两个阶段对初始法向量进行修正，从而考虑更加丰富的模型几何信息。通过实验验证了优化后算法的性能，与经典的二次误差测度（QEM）算法、顾及角度误差的网格简化算法相比，优化算法处理后的模型的最大误差分别至少降低了73.96%和49.77%；与QEM算法相比，优化算法处理后的模型Hausdorff距离至少降低了17.69%。可见，在模型轻量化的过程中，优化算法能够减少模型的形变，更好地维持自身的细节几何特征。     

基于形状特征与变形保持的动态模型简化

提出了一种基于形状特征与变形区域保持的动态表面多分辨率模型生成方法.该方法使用了基于形状特征的二次误差度量来计算边折叠代价,可以较好的保持模型表面特征.在计算整个变形动画中累加的边折叠代价时,加入相邻帧之间的变形程度信息,以保持变形程度较大区域的细节特征.最后基于整体的边折叠顺序,对每一帧模型进行细微的调整,以得到视觉失真最小的简化网格.文中方法的效率较高,易于实现,并且可以在变形网格的任意帧上生成高质量的、保持良好细节特征的简化模型.     

基于顶点重要度的保形网格简化方法研究

为解决许多网格简化方法不能很好地保持模型的重要几何特征问题,提出基于顶点重要度和三角剖分的边折叠简化算法.算法通过特征因子加权顶点重要度作为边的折叠代价,定义法向量夹角因子,控制边的折叠顺序;在折叠过程中对边界特征区域进行冻结处理,以保持模型总体轮廓特征;采用边中点折叠和边邻域网格重建方法完成折叠操作.实验结果表明,模型在大规模简化后,该方法能较好地保持模型的几何特征.     

基于支撑域的网格简化算法

提出一种基于2次误差测度（QEM）的网格简化改进算法。算法首先对折叠边所产生的新顶点定义其在初始网格上的简化支撑域,从而建立新顶点与初始网格之间的联系;然后计算新顶点到支撑域的2次距离误差作为该顶点的全局简化误差,并将原始QEM中的误差作为局部简化误差;最后将两个误差之和作为新的折叠代价目标函数以实现对原有QEM算法的改进。多个模型的简化实验表明,改进算法能较好地保留初始网格的细节特征,并且较为明显地降低简化误差。     

结合网格分割和边折叠的网格简化算法

传统网格简化算法简化效率较低,且在大幅度简化时难以保持网格模型的外形特征。为此,提出一种结合网格分割和边折叠的网格简化算法。采用分水岭算法对网格模型进行分割,以提高网格模型的简化效率。在Garland算法折叠代价函数的基础上,加入三角形形状和相邻曲面弯曲程度的相关因子,从而更好地保持网格模型的外形特征。实验结果表明,该算法在网格模型的简化速度和外形特征保持方面性能较好。     

Simplification of composite parametric surface meshes

This paper concerns the simplification of composite parametric surface meshes which conform to the boundary of each constituting patch. The goal is to eliminate the small edges which result from this boundary patch preserving constraint, provided that these small edges belong to an almost flat area. To this end, two tolerance areas with respect to the initial reference mesh are introduced to keep close to the surface. The reference mesh is then simplified and optimized (in terms of shape quality) so that the resulting mesh belongs to these tolerance areas. Several examples of surface meshes are provided in order to assess the efficiency of the simplification method.     

结合边折叠和局部优化的网格简化算法

针对目前网格简化算法在将三维模型简化到较低分辨率时,网格模型的细节特征丢失、网格质量不佳的问题,提出一种保持特征的高质量网格简化算法。引入顶点近似曲率的概念,并将其与边折叠的误差矩阵结合,使得简化模型的细节特征在最大限度上得到保持。同时分析简化后三角网格的质量,对三角网格作局部优化处理,减少狭长三角形的数量,提高简化模型的网格质量。使用Apple模型和Horse模型进行实验,并与一种经典的基于边折叠的网格简化算法以及其改进算法之一进行对比。实验结果显示,两种对比算法三角网格分布过于均匀,局部细节模糊不清,而所提算法的三角网格在曲率大的区域稠密,在平坦处稀疏,细节特征清晰可辨;简化模型的几何误差的数量值与两种对比算法处于同一数量级;所提算法的简化网格的平均质量远高于两种对比算法。实验结果表明,在不扩大几何误差的情况下,所提算法不仅具有较强的细节特征保持能力,而且简化模型的网格质量较高,视觉效果较好。     

参数平面二叉树剖分网格简化

为了快速地对3维网格模型进行简化,提出了一种曲率自适应的3维网格简化算法,该算法首先将原始网格投影至参数平面上,并构造反映原始网格曲率分布的平面曲率灰度分布,用以表征简化过程中对网格各部分不同的采样密度要求;然后根据等曲率灰度分割的原则来对参数平面进行二叉树剖分,以构造反映其不均匀分布的非均衡二叉树结构,并依此选取简化后的网格顶点集合,以构造简化的三角网格.该算法的优点是执行速度快,同时在简化过程中仍能充分保持原始网格的细节.     

任意拓扑三角形网格的全局参数化

提出了一种零亏格的任意拓扑流形三角形网格自动全局参数化方法 .算法首先采用顶点对合并的网格简化方法构造一个网格的累进表示 ,在进行网格简化的同时 ,对被删除的顶点相对于顶点合并操作所得到的新顶点的邻域进行局部参数化 ,由此得到一个带局部参数化信息的累进网格 ;然后将网格简化所得到的基网格进行中心投影到一个单位球面上 ,并采用累进恢复的方法将删除的顶点按与删除时相反的顺序逐次添加回网格上来 ,所添加顶点的坐标不再是其删除前的坐标值 ,而是由局部参数化信息计算得到 ,并且保证是位于单位球面上的 .由此得到原始网格的单位球面参数化网格     

保持外形特征的网格简化算法

目前许多网格简化算法在大幅度减少算法简化时间的同时,忽略了模型简化后的仿真质量。为此提出一种基于外形特征保持的网格简化算法：依据顶点坍塌值由小到大的次序将顶点排入网格简化优先队列中;每次选择队首顶点向其折叠点合并,并且更新队列中受影响的顶点信息,再对队列重新排序。此算法数据结构存储简单,大规模简化后的模型仍然较好保持了原模型的视觉特征。     

A general framework for analysis and comparison of surface mesh optimization techniques

Many different algorithms for surface mesh optimization (including smoothing, remeshing, simplification and subdivision), each giving different results, have recently been proposed. All these approaches affect vertices of the mesh. Vertex coordinates are modified, new vertices are added and some original ones are removed, with the result that the shape of the original surface is changed. The important question is how to evaluate the differences in shape between the input and output models. In this paper, we present a novel and versatile framework for analysis of various mesh optimization algorithms in terms of shape preservation. We depart from the usual strategy by measuring the changes in the approximated smooth surfaces rather than in the corresponding meshes. The proposed framework consists of two error metrics: normal-based and physically based. We demonstrate that our metrics allow more subtle changes in shape to be captured than is possible with some commonly used measures. As an example, the proposed tool is used to compare three different techniques, reflecting basic ideas on how to solve the surface mesh improvement problem.     

基于重新划分的三角形网格简化的一种改进算法

基于重新划分的三角形网格简化方法能自动生成多细节层次模型，它的基本思想是:根据三角形网格的局部几何和拓扑特征将一定数量的点分布到原网格上,生成一个中间网格,移去中间网格中的老顶点,并对产生的多边形区域进行局部三角化,最后形成以新点为顶点的三角形网格.本文在已有算法的基础上,提出了一种分布新点的算法,从而克服了原有方法的局限性.它利用三角形顶点的曲率和三角形的面积两个因素来反映网格在每个三角形处的特征.文中给出的一组实例说明了算法的有效性.     

边收缩池化的网格变分自编码器

目的 3D形状分析是计算机视觉和图形学的一个重要研究课题。虽然现有方法使用基于图的卷积将基于图像的深度学习推广到3维网格,但缺乏有效的池化操作限制了其网络的学习能力。针对具有相同连通性,但几何形状不同的网格模型数据集,本文利用网格简化的边收缩操作建立网格层次结构,提出了一种新的网格池化操作。方法 本文改进了传统的网格简化方法,以避免生成高度不规则的三角形,利用改进的网格简化方法定义了新的网格池化操作。网格简化的边收缩操作建立的网格层次结构之间存在对应关系,有利于网格池化的定义。新定义的池化操作有效地编码了层次结构中较粗糙和较稠密网格之间的对应关系。最后提出了一种带有边收缩池化和图卷积的变分自编码器（variational auto-encoder,VAE）结构,以探索3D形状的隐空间并用于3D形状的生成。结果 由于引入了新定义的池化操作和图卷积操作,提出的网络结构比原始MeshVAE需要的参数更少,因此可以处理更稠密的网格模型。结论 实验表明提出的方法具有更好的泛化能力,并且在各种应用中更可靠,包括形状生成、形状插值和形状嵌入。     

Superfaces: polygonal mesh simplification with bounded error

The algorithm presented simplifies polyhedral meshes within prespecified tolerances based on a bounded approximation criterion. The vertices in the simplified mesh are a proper subset of the original vertices. The algorithm, called Superfaces, makes two major contributions to the research in this area: it uses a bounded approximation approach, which guarantees that a simplified mesh approximates the original mesh to within a prespecified tolerance (that is, every vertex v in the original mesh will lie within a user specified distance ϵ of the simplified mesh); its face merging procedure is efficient and greedy-that is, it does not backtrack or undo any merging once completed and thus, the algorithm is practical for simplifying very large meshes