基于前向查找和均值漂移的点模型鲁棒降噪算法

针对点模型提出了基于前向查找和均值漂移两种鲁棒统计方法的滤波算法。前向查找算法根据残差图自动检测离群点，并将输入的点云数据划分为多个不带离群点的最优局部降噪邻域。对局部邻域进行加权协方差分析，估计出该邻域的最小二乘拟合平面。在局部邻域内估计采样点的核密度函数并通过均值漂移算法计算它的局部最大值点，核密度函数的局部最大值点确定了点云数据的聚类中心并能准确逼近采样点曲面，将每一个采样点漂移到密度函数的局部最大值点，使点云曲面收敛为一个稳定的三维数字模型。实验结果表明，本文的算法是鲁棒的，能在有效剔除点模型表面噪声的同时较好地保持模型表面的尖锐特征。     

三维散乱点云快速曲面重建算法

提出了一种基于Delaunay三角剖分的三维散乱点云快速曲面重建算法。算法首先计算点云的Delaunay三角剖分, 从Delaunay四面体提取初始三角网格, 根据Voronoi体元的特征构造优先队列并生成种子三角网格, 然后通过区域生长的方式进行流形提取。实验结果表明, 该算法可以高效、稳定地重构具有复杂拓扑结构、非封闭曲面甚至是非均匀采样的点云数据。与传统的基于Delaunay的方法比较, 该算法仅需要进行一次Delaunay三角剖分, 无须极点的计算, 因此算法的重构速度快。     

点云重构三角网格的生长型神经气算法

为克服点云噪声、不均匀分布和复杂拓扑结构对三角网格重构的限制,改进了生长型神经气重构算法.以样本在网格局部投影作为神经元插入判据,自适应调节网格增长速度,保持几何变换与拓扑变换的协调.利用非流形边检测机制删除冗余连接,保持网格的拓扑有效性.网络学习过程中动态更新三角片结构,且在孔洞修复阶段扩大近邻查找范围,连接近邻节点中的边界点,直到网格收敛,最终得到正确的欧拉示性数.算例表明,改进的算法对带噪声点云具有鲁棒性,可根据非均匀点云的分布自动调整网格密度,且能重构具有复杂拓扑结构的曲面.重构的三角网格对曲面逼近精度较高,网格出度均匀,三角形近似等边.     

海量点云曲面增量拓扑重建EI北大核心CSCD

针对现有的曲面重建算法难以兼顾大规模采样数据的重建效率与重建曲面拓扑正确性的问题,提出一种基于局部Delaunay网格剖分的曲面增量重建算法.该算法采用波前扩展的策略,通过波前环的扩张、分裂、重叠面片的消除等步骤,将局部重建过程传播至每个样点的邻近区域,获得插值于采样点集的二维定向流形网格曲面,实现整个采样点集的增量拓扑重建;在曲面局部重建过程中,分别基于局部区域的Cocone算法与二维投影点集的Delaunay网格剖分方法重建曲面的尖锐区域与平坦区域,其中局部区域重建曲面网格的边界的正确性由区域之外的少量辅助样点保护.实验结果表明,文中算法具有较高的重建效率,适用于封闭和非封闭海量点云数据的重建;且在采样密度符合要求的情况下,重建的网格曲面与原表面拓扑同构.     

截面最短连通路径法的散点轮廓曲面拟合

提出一种由截面上散点生成的最短路径拟合轮廓曲面的方法,生成二维轮廓点序列,根据各层轮廓拓扑上的相似性进行曲面重构,并进一步根据轮廓面重构进行曲面光滑。整个算法模拟了人在理解三维数据的过程,算法结果在截面上反映了散点数据总体走向,三维重构的曲面的形状细节保持较好。算法可以自适应处理截面上的联通数据,对噪声较大的数据鲁棒性较好。在三维地震体数据可视化的具体应用实验中获得较好的效果。     

散乱点云的三角划分算法研究

通过对当前的三角网格划分方法进行比较分析,提出了一种散乱点云的3D三角网格划分算法。该算法不需如同二维划分方法那样要对散乱点云对应的自由曲面分片投影,而是直接在3D空间,根据离散点集所对应的曲面形态变化,利用网格扩展、边界环分裂和边界环封闭,逐层收缩生成三角网格。该算法能方便地处理空间多种曲面的散乱点云数据,并且生成的三角网格形态优良,布局合理。     

针对密集点云的快速曲面重建算法

为了能够快速地从高密度散乱点云生成三角形网格曲面,提出一种针对散乱点云的曲面重建算法.首先通过逐层外扩建立原始点云的近似网格曲面,然后对近似网格曲面进行二次剖分生成最终的精确曲面;为了能够处理噪声点云,在剖分过程中所有网格曲面顶点都通过层次B样条进行了优化.相比于其他曲面重建方法,该算法剖分速度快,且能够保证点云到所生成的三角网格曲面的距离小于预先设定容限.实验结果表明,文中算法能够有效地实现高密度散乱点云的三角剖分,且其剖分速度较已有算法有大幅提高.     

分维自适应稀疏网格积分非线性滤波器

针对含加性高斯噪声的非线性离散系统,提出了可分别根据各维状态及量测方程的非线性函数特性来确定采样点及其权重的积分滤波器.设计了基于嵌入式高斯采样积分和稀疏网格法则的自适应多变量采样积分方法,可在匹配函数高阶泰勒展开项时,利用低阶采样点,提出了高效的数据结构和遍历算法,便于采用该积分方法分别估计系统状态/量测的预测均值和协方差矩阵.该滤波器既能根据各维非线性函数的特性确定采样点,又实现了对采样值和权重的完全复用,保证了算法效率.理论分析和仿真表明,该滤波算法中自适应调整的运算量小于计算非线性函数采样值.该滤波器与无迹卡尔曼滤波相比,提高了滤波精度,与固定形式的稀疏网格滤波器相比,提高了采样效率,且该方法为两者的广义形式.仿真实验也验证了状态估计的精确性和函数采样的高效性.     

一种大规模散乱数据自适应压缩与曲面重建方法

针对大规模散乱数据点云,提出了一种基于曲率与距离的三角网格抽样方法。算法既能保证所生成网格曲面中每个三角片具有较好的形状,又能较鲜明地刻画曲面的细节特征。同时还能将原先规模较大的点云压缩到事先可控的数量上,是一种简单高效的自适应压缩和曲面生成方法。     

海量点云曲面增量拓扑重建

针对现有的曲面重建算法难以兼顾大规模采样数据的重建效率与重建曲面拓扑正确性的问题,提出一种基于局部Delaunay网格剖分的曲面增量重建算法.该算法采用波前扩展的策略,通过波前环的扩张、分裂、重叠面片的消除等步骤,将局部重建过程传播至每个样点的邻近区域,获得插值于采样点集的二维定向流形网格曲面,实现整个采样点集的增量拓扑重建;在曲面局部重建过程中,分别基于局部区域的Cocone算法与二维投影点集的Delaunay网格剖分方法重建曲面的尖锐区域与平坦区域,其中局部区域重建曲面网格的边界的正确性由区域之外的少量辅助样点保护.实验结果表明,文中算法具有较高的重建效率,适用于封闭和非封闭海量点云数据的重建;且在采样密度符合要求的情况下,重建的网格曲面与原表面拓扑同构.     

空间三角网格曲面的边界提取方法

边界是曲面的重要特征之一,在形状匹配、曲面拼接等方面有着重要作用.由于空间网格数据分布不规则,不能从点的坐标直接得到曲面的边界,因此提出了一种空间三角网格曲面的边界提取方法,通过判断一个点的邻接点是否都能通过三角网格的边组成闭合曲线来获取边界点.该方法易于实现、适应性强,并应用于计算机辅助文物复原系统,实验证明,此算法能正确处理空间三角网格数据,且效率很高.     

网格模型的局部编辑算法

提出一种新的网格模型局部编辑算法，该算法可以精确地控制变形区域的大小、边界和变形点的位移，克服了FFD及其改进算法的缺点．首先交互地定义一个附着在模型表面的控制网格；然后建立模型变形区域与控制网格间点的映射，再依据变形要求来编辑控制网格；最后根据映射关系反算出模型变形区域点的新位置．控制网格可以是参数曲面的控制网格，也可采用一般三角网格或预先定义的网格模板．为达到精确变形的目的，对模型与控制网格重叠的区域进行自适应细分．该算法计算简便、易于实现，并能达到很好的效果．     

基于多尺度核函数的散乱点云数据过滤方法*

针对光滑曲面采样散乱点云含有噪声及异常数据的问题,提出了一种基于多尺度核函数的过滤处理方法。采用核密度估计技术及均值漂移跟踪算法对原始点云数据进行聚类,结合局部似然函数来测度一个三维点位于采样曲面上的概率,利用过滤后的极大似然点集精确地逼近采样曲面,最后结合经典网格化算法能够获得较好的曲面重构效果。处理实例证明,该方法实用性好,不仅能够很好地抑制不同幅值的噪声,同时也能够探测到异常数据并进行自动清除。     

一种基于投影的散乱数据表面增量重建算法

针对3维散乱数据场提出了一种表面重建算法.根据空间曲面的局平特性和平面三角化的基本原则,在参考点的切平面上对邻域点按角度排序,应用可见性准则删除不可见点后,相邻邻域点和参考点形成三角网格.将平面上的网格关系对应到空间,以增量方式重建反映散乱数据场拓扑关系的空间曲面.设定角度阈值优化网格,判断空间曲面的边界和孔洞.对多个数据场进行重建并对结果进行分析.对多个数据场进行重建并对结果进行分析表明,算法具有原理简单,重建速度快,重建效果好的特点.     

Large Scale Kernel Regression via Linear Programming

The problem of tolerant data fitting by a nonlinear surface, induced by a kernel-based support vector machine is formulated as a linear program with fewer number of variables than that of other linear programming formulations. A generalization of the linear programming chunking algorithm for arbitrary kernels is implemented for solving problems with very large datasets wherein chunking is performed on both data points and problem variables. The proposed approach tolerates a small error, which is adjusted parametrically, while fitting the given data. This leads to improved fitting of noisy data (over ordinary least error solutions) as demonstrated computationally. Comparative numerical results indicate an average time reduction as high as 26.0% over other formulations, with a maximal time reduction of 79.7%. Additionally, linear programs with as many as 16,000 data points and more than a billion nonzero matrix elements are solved.     

基于角度插值的三角网格变形算法

该文给出了一种仅通过插值角度来实现任意网格变形的方法。首先给出了描述任意三角网格各顶点相对位置的内在角度集,其中给出的角度变量相对于欧氏变换是不变的,并且由角度变量可唯一地确定三角网格的形状和大小。通过插值角度变量,给出中间网格变形序列。该文算法计算速度快,可以达到实时的要求,而且插值网格的形状与首末网格的位置和朝向无关。实验结果表明,按该文算法产生的变形序列过渡平滑,稳定性强。     

N-sided patches with B-spline boundaries

We present a method for constructing an n-sided patch of parametric surface, with n greater than 2. The main property of the resulting patch is that its boundary coincides with a B-spline. Thus, it can easily be connected to given B-spline surfaces with fixed continuity conditions.

The patch is built from a star-shaped input mesh that outlines a generic n-hole and a surface in a vicinity of the hole. The main advantages of the method are the following: continuity conditions of arbitrary order k can be imposed; the mesh involved can have an arbitrary number of sides and an arbitrary shape (convex or not); the simplicity of the construction process makes it an easy and flexible method; and finally, the surface near the boundary is a B-spline with piecewise uniform knot sequences and whose control points are vertices of the mesh (both knot sequences and control points are easily computed). We give implementation details for evaluating a surface point and show that the de Boor algorithm can be exploited for efficiency.     

Combinatorial manifold mesh reconstruction and optimization from unorganized points with arbitrary topology

In this paper, a novel approach is proposed to reliably reconstruct the geometric shape of a physically existing object based on unorganized point cloud sampled from its boundary surface. The proposed approach is composed of two steps. In the first step, triangle mesh structure is reconstructed as a continuous manifold surface by imposing explicit relationship among the discrete data points. For efficient reconstruction, a growing procedure is employed to build the 2-manifold directly without intermediate 3D representation. Local and global topological operations with ensured completeness and soundness are defined to incrementally construct the 2-manifold with arbitrary topology. In addition, a novel criterion is proposed to control the growing process for ensured geometric integrity and automatic boundary detection with a non-metric threshold. The reconstructed manifold surface captures the object topology with the built-in combinatorial structure and approximates the object geometry to the first order. In the second step, new methods are proposed to efficiently obtain reliable curvature estimation for both the object surface and the reconstructed mesh surface. The combinatorial structure of the triangle mesh is then optimized by changing its local topology to minimize the curvature difference between the two surfaces. The optimized triangle mesh achieves second order approximation to the object geometry and can serve as a basis for many applications including virtual reality, computer vision, and reverse engineering.     

基于半规则网格的视差估计算法

立体视频中视图间的视差估计是压缩的关键技术。针对视差估计中传统网格法的缺点,提出一种使用半规则的网格来估计视差的方法。该方法综合了节点均匀分布的规则网格和节点贴合物体边界的非规则网格这两种方法,选择具有最高的梯度和的行和列的交点作为网格的节点,并且利用每个节点的梯度值进一步剔除在缺少纹理区域中的节点,最后在多分辨率下混合块迭代和网格迭代对剩余的节点进行匹配。该算法剔除了匹配时易于出错的节点,同时也减少了需要估计的节点数。实验结果表明该方法改善了标准网格法的匹配质量,同时也降低了匹配的计算复杂度。     

基于支持向量回归的光谱反射率重建方法

提出了一种基于支持向量回归和小框架核的光谱反射率重建方法。光谱反射率重建是光学研究的一个重要问题,其目的是通过各种成像设备所获取的与设备相关的RGB三色值重建出物体本身固有的与设备和光照都无关的光谱反射率。回归方法已经在这一领域取得了广泛应用,如基于多项式模型的正则化最小二乘方法、基于核的正则化最小二乘方法等。提出了一种新的光谱反射率重建方法,这种方法采用了一种可以减弱样本不规则噪音影响的小框架核函数,并将其用于支持向量回归来重建光谱反射率函数。实验表明,新方法可以提高光谱反射率重建的精度和稳定性。