基于Loose r-sample的网格质量保持技术

为保证虚拟手术系统中的网格质量,提出一种基于Loose r-sample理论的快速表面网格重建算法。记录满足Loose r-sample采样定理的点集,用以描述物体的轮廓。通过约束Delaunay方法对该点集进行三角化,标记顶点和Delaunay单元,重构新的网格。实验结果表明,该算法能够保证生成网格的质量,简化仿真复杂度。     

基于三维激光扫描的物体重构建模

物体拍摄环境具有测量数据量大、物体外轮廓信息复杂等特点,采用当前方法能够获得物体精确的三维点云数据,但缺乏颜色和纹理信息,导致物体重构精度不高,真实感较差;为此,提出一种基于三维激光扫描的物体重构建模方法;该方法通过三维激光扫描技术获取物体点云数据,采用显式的欧拉积分方法对物体整个三维曲面进行平滑,依据三角生长法进行物体三维空间三角划分,将物体网格顶点向球面进行映射,由此构造物体三角网格模型,通过迭代最近点算法对物体非同步点云数据初步匹配结果进行精确配准,利用最近点搜索算法将经多视图立体视觉算法优化后的物体颜色信息和三维点云数据坐标相融合;实验结果表明,所提方法可以快速精确地建立物体三维重构模型,验证了所提方法的可行性。     

一种基于三角网格结构的医学虚拟切割算法

针对由三角面片构成的医学表面网格数据,提出了一种简单可靠的网格切割算法。在移动切割工具的过程中采用OBB包围盒树进行碰撞检测。为了简化切割过程中OBB树的更新仅在首次发生碰撞时对由OBB计算得到的碰撞面计算碰撞点,在后续过程中通过切割工具的移动方向和网格的AIF数据结构计算碰撞面和碰撞点。网格切割算法采用顶点移动的方法,该法可以避免畸形三角面片的产生。实验结果表明,提出的算法能够很好的仿真医学导航系统中的切割过程。     

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．     

用全局参数化自动优化三角网格四边区域划分

为了提高对三角网格进行四边区域划分的质量,首先利用拉普拉斯算子及转换函数对除四边区域顶点之外的三角网格顶点进行处处连续的参数化,然后根据全局参数化结果在参数域内对四边区域的边界进行调整,进而根据四边区域边界调整的结果对四边区域顶点位置进行调整,通过反复执行上述过程达到四边区域优化的目的.该方法能有效地改善四边区域的分布情况,减小三维空间中的四边区域参数化后的变形程度,与四边区域划分的目的相适应.     

可变形物体间的精确碰撞检测方法研究

针对可变形物体,提出了一种基于粒子的精确碰撞检测算法。首先用LBG矢量量化技术将物体的表面划分成几个小区域,然后在每个区域中分别选择一个点作为检测粒子。当一个物体接近另一个物体时,找出两物体上靠得最近的粒子对。为了得到精确的碰撞位置坐标,进一步计算靠得最近的顶点的相关三角面片之间的最短距离。若此距离小于某个给定的阈值,则可认为两物体在相关三角面片上的最近点处发生了碰撞。仿真实验验证了该算法能有效处理虚拟力交互仿真中的可变形物体的碰撞检测。     

优化变形能的平面多边形同构剖分

平面多边形间的同构三角剖分是平面形状渐进过渡与插值的基础,降低对应三角形的变形程度是获得高质量应用的关键.文中提出一种基于变形能优化的2个平面多边形的同构剖分算法,其中包含同构剖分生成和变形能最小化2个模块.首先根据用户指定的对应特征点对多边形进行顶点重采样,得到顶点一一对应的2个多边形;然后利用带约束的Delaunay剖分对其中的一个多边形进行三角化,得到源网格;再用重心坐标将源网格的内部顶点嵌入到另一个多边形得到同构剖分(目标网格);最后逐一检查三角形的变形能,对源网格中变形能超过阈值的三角形进行细分,用同构剖分模块生成新的目标网格.实验及数据统计分析表明,该算法可以得到较好的同构三角剖分,提升网格质量,并能很好地避免纹理细节失真.     

基于凸壳算法的建模算法的研究

基于对当前三维建模方法的研究,提出了基于凸壳算法的物体建模算法。该算法是随机搭建模型产生不规则物体,凸显建模的随机性,对搭建得到不规则物体的顶点集采用凸壳算法进行三角连网,完成随机不规则物体建模,并对模型进行纹理贴图,增强模型的质感。实验证明该算法有良好的操作性。     

植物叶片点云三角剖分与分割的集成算法

对植物叶片点云进行三角剖分是使点云构成结构合理的三角网格,便于对植物叶片形态进行描述。对传统的基于区域生长的三角剖分算法进行改进,在三角剖分的同时对不连续点云进行分割;并在三角剖分的基础上对点云内部孔洞进行分析、修复。利用该算法对含有大量离群点的植物叶片点云进行三角剖分处理,结果表明,所提出的算法在完成点云三角剖分和分割的同时剔除了离群点的干扰,提取得到的点云边界及内部孔洞的修复,能满足植物建模中叶片重构的要求;该方法同时也对不连续物体表面的重构建模提供了有意义的参考。     

使用Lloyd Relaxation的物体表面网格化

根据输入的物体表面点云生成与表面点云拓扑结构一致且几何形状接近的三角网格,在计算机图形学建模中具有很重要的作用,提出一种基于Lloyd relaxation的模型表面点云网格化方法.首先从输人点云中随机选取一些样本点,样本点的数目可以指定;然后运用扩展的Lloyd relaxation算法将这些样本点沿着物体表面移动;当得到一个近似均匀的样本点分布后,运用改进的"crust"算法根据这些样本点生成三角网格.通过在每次relaxation过程中减少网格和曲面间体积的方法,使生成的三角网格与原始表面点云的几何形状接近.实验结果证明,该方法能正确、有效地生成输入点云模型的三角网格,并可以运用在三维物体表面重建和网格简化上.     

基于三角形骨架坐标的图象渐变算法

为快速进行不规则多边形区域内的数字图象渐变处理,提出了一种基于三角形骨架坐标的图象渐变算法,即先将图象区域分割为若干个三角形区域,再逐个对这些三角形区域建立象素点的骨架坐标,这样三角形骨架外壳的改变就会带动其内部图象的渐变,并根据骨架坐标变换,推导三角形区域内象素点坐标随外壳三角形顶点改变的计算公式,进而建立了骨架外壳改变后的新象素点与原始象素点间的颜色对应关系。利用该不规则多边形区域内的图象渐变算法,可解决运动模拟等常见图象的变形问题。     

计算碰撞检测中接触位置的算法

介绍了一种针对用三角形网面表示的不规则物体的碰撞检测中接触点,接触法线和刺穿深度的计算方法.该方法先将两三角形网面的交线投影到一个坐标轴上,然后对交线端点的投影点进行排序,从而将交线分成一组或多组,每组交线首尾相连构成一个圈,每个圈代表一个接触区域;针对每个接触区域,利用交线计算接触点,接触法线,并根据三角形网面在接触位置的拓扑关系,分顶点,边和面三种刺穿情况计算出刺穿深度.通过实际应用,证明了该方法在解决不规则物体的多点碰撞检测中的可行性和可靠性,适用于三维游戏制作、虚拟现实中的物理仿真等各项应用研究.     

结合轴对齐包围盒和空间划分的碰撞检测算法

目的 碰撞检测是虚拟现实,特别是虚拟装配中的关键技术。针对基于包围盒的碰撞检测算法的准确性和检测效率不足的问题,提出一种结合AABB轴对齐包围盒和空间划分的碰撞检测算法。方法 本文算法采用分步检测的方法,利用AABB算法来确定两包围盒的相交区域后,结合模型移动方向和运动趋势进行空间划分,利用碰撞检测的时空相关性,对时空相关的部分进行相交测试,通过将包围盒还原成三角面以及点的方式来保证检测的准确性。结果 本文算法与AABB层次包围盒二叉树算法、k-Dops包围盒算法以及BPS空间分割树算法进行对比实验分析。在碰撞的几何精度上,本文算法在大部分情况下与AABB算法和k-Dops算法的距离差超过阈值0.02,证明本文算法在碰撞几何精度上有明显的提高。在碰撞检测时耗上,随着碰撞检测难度的不断增加,本文算法在平移自由度下比AABB算法和BSP算法、在旋转自由度下比AABB算法和k-Dops算法的检测时间均降低了50%以上。在三角面数对算法碰撞检测时耗的影响上,当运动模型的三角面数较多时,本文算法表现出更高的稳定性。结论 结合AABB包围盒和空间划分方法的碰撞检测算法,在减少碰撞检测所需时间的同时提高了碰撞检测的准确性,可以满足虚拟装配技术中对碰撞检测算法准确性的要求,同时也能满足使用者实时性的交互习惯。     

基于hAMEL形式的柔性集群编队围捕

利用弹性体作为虚拟结构建立的集群控制可以实现编队的大规模形变,同时自然满足避碰避撞需求.通过将集群编队嵌入到几何精确梁中,利用在李代数中对流应变的插值及对编队的虚拟弹性势能的塑形来快速实现编队变换.在场论Hamel形式框架下,建立了集群柔性编队围捕的算法.其能精确反映集群中个体的位姿以利于工程实现,同时具有坐标选取无关性适于刻画集群大范围运动.所得算法具有分布式特征,可并行实现从而满足实时控制的需要.通过模拟仿真验证了所得算法在实际场景中的适用性和有效性.     

三角形二叉树在数控加工仿真中的应用

三角片离散法在动态显示时需要渲染大量的三角片,难以保证数控加工仿真的实时性与真实性.为此,利用三角形二叉树LOD模型实现三角片的分裂与合并,通过误差二叉树、制分裂及强制合并算法控制三角片的数量.实验结果表明,与三角片离散法相比,该方法的仿真效果较好.     

基于直线特征约束网格变形的航拍图像拼接

针对常用航拍图像拼接算法在处理存在视差的复杂图像时会出现鬼影、失真、不自然的问题,在APAP(as-projective-as-possible)算法的基础上,添加全局相似性和直线结构保护约束,提出一种基于直线特征约束网格变形的航拍图像拼接方法.首先,在图像重叠区域检测点、直线特征,并估计单应性扭曲;然后,使用网格将图像划分成多个局部图像块,建立网格优化模型,根据网格顶点坐标集定义一个包含图像扭曲不同特征的总能量函数,在APAP算法提供的局部单应性保证重叠区域对齐的前提下,对非重叠区域借鉴NISwGSP算法的全局相似性约束思想,并辅以直线结构约束提高拼接自然度;最后,在稀疏线性系统中求解能量误差最小化问题,得到最优网格顶点集,指导网格变形并完成航拍图像拼接.实验结果表明,所提出的变形方法能够减少重叠区域鬼影和非重叠区域失真问题,相比AutoStitch、APAP、AANAP、SPHP等经典算法拼接效果更自然,更能适应大视角的航拍图像拼接任务.     

虚拟手术中基于可变方向凸包的碰撞检测算法

为了实现机器人辅助虚拟手术中快速精确的碰撞检测,提出了基于可变方向凸包的层次包围盒碰撞检测算法。在虚拟场景中,手术器械末端运动复杂多变且软体组织持续形变,分析器械和软组织的作用形式,根据器械运动学参数,预测软组织的变形,将其与固定方向凸包检测方法相结合,通过改变方向向量集合,提高包围盒树的紧密性,进而减少相交测试的次数,加速碰撞检测。仿真实验证明了可变方向凸包的碰撞检测算法可以实现精确的碰撞检测;与固定方向凸包算法相比在快速碰撞检测方面具有优越性,当软组织包含的面片数目越多时,快速性优势越显著。     

三角平面Halton点采样策略及其性能分析

针对一般随机采样的局限性,提出了基于Halton点采样的原理与方法.给出了Halton点的定义,分析了其算法复杂度,在此基础上给出了三角平面的采样策略,包括几何区域的划分、三角平面与矩形平面的坐标映射、采样点坐标计算原理;并将该方法与Jittered采样法、改进的LHS采样法进行了比较.实验结果表明,Halton点采样策略比一般的随机采样策略具有更好的采样点分布.