网格图形编辑的样条方法

提出基于样条的网格图形编辑方法,首先在网格表面附近构建近似的样条曲面,同时预计算网格顶点在样条上的对应点处局部标架下的坐标表示,并作为不变量在变形中进行保持;然后编辑样条的位置和形状,利用局部标架和细节坐标重建变形后的网格,同时进行网格光滑和网格细分,改善变形效果,以实现复杂模型简单快捷的编辑/变形.方法在保细节的同时允许对网格在多个尺度下编辑.实验结果表明,融合了样条的三角网格方法较传统的样条编辑方法可避免产生过多的控制点,大大地简化了操作.     

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．     

基于细分曲面的泊松网格编辑

针对具有丰富几何细节的三维网格模型,基于直接坐标操纵的传统编辑算法在编辑过程中不可避免地存在细节特征无法得到有效保持的问题.综合基于细分曲面的空间变形方法以及微分域网格编辑二者优势,提出一种基于细分曲面的泊松网格编辑方法.首先建立待变形网格模型的包围网格,以包围网格所决定的细分曲面构造变形控制曲面;然后根据用户变形意图操纵包围网格,将对应细分曲面变化信息转化为对网格模型泊松梯度场的改变;最后根据变化后的梯度场重建网格模型.文中方法交互简单、直观,具有多分辨率编辑的优势,可以有效地保持网格模型的细节特征.丰富的变形实例证明了该方法的有效性和可行性.     

保持细节的网格曲面局部变形算法

针对直接控制自由变形算法(DFFD)在对大规模网格模型实施局部变形时细节保持性差的问题,以网格曲面上的离散泊松方程和微分算子为理论基础,提出一种完全自动化的网格模型局部变形算法。基本思想是依据用户对模型上控制顶点的移动及网格的表面几何特征,由算法自动判断得到变形区域,继而将用户对控制顶点的编辑操作映射为对变形区域梯度场地操作,最后通过泊松重建得到变形后的网格。优点是在使模型表面的局部几何细节得到保持的基础上省略了人为划定变形区域的步骤。     

不规则网格上的曲面设计方法

提出一种在不规则网格上构造曲面的方法.其基本思想是,通过均匀双三次B样条基函数的分解和子基函数的分类,将B样条曲面方法推广到任意四边形网格.给定一个任意四边形控制网格,首先对每个控制点构造一个基函数;所有控制点加权组合形成整体曲面.构造的曲面是分片双三次有理参数多项式曲面.此方法可以看成是均匀B样条曲面构造方法的扩展,如果控制网格是规则四边形网格,那么构造得到的曲面与均匀双三次B样条曲面是一致的.最后,实例证明此方法能够有效地构造曲面.     

一种新的均匀样条曲线曲面设计方法

本文根据均匀B样条基函数的de Boor-Cox递推公式提出了一种新的样条曲线曲面设计方法。该方法从满足正性、局部支柱性和权性的初始基函数出发，可构造出具有高阶低次或低次高阶的多项式样条基函数和多种函数类型的样条函数。给出了设计这种样条曲线曲面的几种方法和实例，并对基函数的连续可微性进行了证明。该样条基函数和样条曲线曲面具有和均匀B样条类似的几何性质，且均匀B样条是其特例，可用于曲线曲面的几何造型和样条插值。     

基于细分的网格模型骨架驱动变形技术

针对传统骨架驱动变形方法中模型细节特征不能得到有效保持的问题,提出一种基于细分的骨架驱动网格模型变形方法。首先,对网格模型待变形区域基于截交线进行局部骨架提取和控制网格构建,分别建立骨架与控制网格以及控制网格所对应细分曲面与待变形模型区域之间的关联关系;然后,将基本函数作用下的自由变形方法应用于骨架变形,通过骨架变形驱动控制网格变形,将变形前后控制网格所对应细分曲面的变化信息转为网格模型泊松梯度场的改变;最后,根据改变后梯度场重建网格模型。实例表明,该变形方法针对不同网格模型均可以得到较好的编辑效果,且细节信息在变形后都得到了有效保持。与传统骨架驱动变形方法相比,该方法除具备交互操作简单直观的优势外,同时能够更好保持变形模型几何细节特征,更为适合具有丰富几何细节的复杂模型的变形编辑。     

点模型的多分辨率形状编辑

提出了一种基于几何细节映射的点模型的形状编辑方法.几何细节是曲面的一个重要属性,定义几何细节为原始曲面及其基曲面之间的向量差,该基曲面由多层次B样条所构成.通过基曲面上的局部仿射坐标,则可以得到与之对应的多分辨率几何细节表示,曲面的低频信息和高频信息易被用户所指定的频段分离.通过调节基曲面的形状,再将这些几何细节映射上去,可以对模型进行保细节的变形;如果将几何细节映射到其他物体上,将可以得到几何细节迁移的结果.为点模型开发了多种特征保持的编辑算子,实验结果表明,所提出的方法是一种有效的点模型造型算法.     

用户控制的纹理合成

提出一种基于用户控制的纹理合成算法．该算法适用于任意二维平面和任意拓扑的三维网格．可方便地控制纹理合成时方向和尺度的连续变化．对于任意平面区域需剖分成较均匀的三角网格，以剖分得到的二角形作为基本的合成单元来进行合成．根据用户在此三角网格上指定表示纹理方向和大小的矢量来插值生成矢量场，用以控制合成纹理的变化．该算法可以自然扩展到三维三角网格，以三角面片作为合成单元，合成后直接输出每个顶点的纹理坐标．该算法对二维和三维纹理合成给出了统一实现的框架．实验结果表明，该算法可以在任意目标区域根据用户的交互生成令人满意的纹理合成效果．     

自适应T样条曲面重建

为了进行快速高精度的曲面重建,提出了一种新的基于T样条的曲面自动重建算法。由于T样条控制网格具有特殊性质,因此在使用T样条进行曲面重建时,一个关键的问题是如何构造好一个T网格。该新算法在进行曲面重建时,用三角网格的参数化方法,先将数据点同胚映射到平面,然后再利用平面四叉树细分的方法将无结构散乱数据自动生成合理有效的T网格,最后将曲面重构模型转化为最优化问题,并由最小二乘法求解,同时在误差较大的区域辅以T样条的局部修正,以使重建曲面与原网格面的最大误差小于指定的误差值。由于该新的曲面重建方法是一个基于细节的重建方法,因此采样点密集区域所插入的T网格点也就相应地增多,这样既抓住了网格曲面的特征,又能很好地减少过多的T网格控制顶点,这就提高了算法效率。另外,该新算法还具有高效、易操作、能适应复杂曲面重建、曲面自动生成且满足相应精度要求等优点。重构结果显示,该新的曲面重建算法不仅重构应用范围广,且重构精度高。     

混合样条大尺度医学图像弹性配准算法研究*

针对大尺度形变医学图像配准速度慢和精度低的特点,提出一种结合薄板样条(TPS)和B样条的弹性配准方法。该方法采用尺度不变特征变换算法(SIFT)进行图像特征提取与匹配,利用TPS算法将特征点对作为输入进行预处理,以降低浮动图像的形变尺度,从而提高下一步B样条配准的速度与精度。然后使用局部区域细化层次B样条方法将TPS生成的较稀疏的形变网格作为初始网格,结合有限记忆优化算法(L-BFGS)对控制网格做进一步地处理,此过程只对形变较大的局部区域进行细化,以实现与参考图像的快速精确配准。实验结果表明,该方法较层次B样条方法有效地提高了配准的速度和精度。     

Variational Modeling of Free-form Curve and Surface Using Wavelet Basis Functions

Variational modeling approach is often used to interactively design free-form curves and surfaces. Traditionally, a variational problem can be transformed to the optimization of control points. Unfortunately, as the number of basis functions grows, the local support property of B-spline often makes the computation of an optimization system time-consuming. To solve this problem, wavelet basis instead of B-spline basis is used to represent the curves or surfaces. Because the wavelet basis is a hierarchical basis with multiresolution property, the coarse wavelet basis can be used to describe the overall shape of the curves/surfaces, while the finer wavelet basis used to describe the details of the curves/surfaces. Thus, the computing speed of the optimization system can be raised greatly.     

基于RBF神经网络的三维残缺数据修补算法

提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络的修补方法,该方法首先通过人工介入法在残缺数据的边界附近获取样本点集,并以其最小二乘拟合平面为基础建立局部坐标系;其次,在此局部坐标系下,将训练后的RBF神经网络仿真曲面用于残缺区域数据点重采;最后,将重采点集通过坐标反变换后,替代原始点云数据中的样本点集。对真实残缺数据进行修补实验,结果表明效果良好。     

Generalized B-spline subdivision-surface wavelets for geometry compression

We present a new construction of lifted biorthogonal wavelets on surfaces of arbitrary two-manifold topology for compression and multiresolution representation. Our method combines three approaches: subdivision surfaces of arbitrary topology, B-spline wavelets, and the lifting scheme for biorthogonal wavelet construction. The simple building blocks of our wavelet transform are local lifting operations performed on polygonal meshes with subdivision hierarchy. Starting with a coarse, irregular polyhedral base mesh, our transform creates a subdivision hierarchy of meshes converging to a smooth limit surface. At every subdivision level, geometric detail is expanded from wavelet coefficients and added to the surface. We present wavelet constructions for bilinear, bicubic, and biquintic B-spline subdivision. While the bilinear and bicubic constructions perform well in numerical experiments, the biquintic construction turns out to be unstable. For lossless compression, our transform is computed in integer arithmetic, mapping integer coordinates of control points to integer wavelet coefficients. Our approach provides a highly efficient and progressive representation for complex geometries of arbitrary topology.     

Interactive mesh cloning driven by boundary loop

In order to copy arbitrary irregular mesh between two models continuously, this paper presents an interactive mesh cloning approach based on pyramid spherical coordinates driven by boundary loop. The approach extends an existing algorithm for computing offset membrane on mesh. A parametric paint brush is constructed to define canvas both on the source mesh and the target mesh. They are mapped onto a 2D parametric domain using discrete geodesic polar maps to register correspondingly. During cloning, the boundary loop of the region of interest (ROI) on the target mesh is fitted in real time by B-spline curve to register the boundary loop of the source ROI. Via the reconstructed boundary loop, the ROI is deformed to register the target mesh by pyramid spherical coordinates to ensure that the clone result is seamless and natural. Our approach can clone arbitrary irregular meshes between two 3D models, even if the mesh is non-manifold. The cloning process is operated in real time by GPU acceleration. Experimental results demonstrate the effectiveness of our interactive mesh cloning.     

鲁棒的网格实时几何编辑算法

目的 本文提出一种网格实时编辑方法,能够实现精确的参数化区域选择来对网格进行复制粘贴操作。方法 首先通过提供给用户的笔刷在网格上选择感兴趣区域,通过半边结构遍历和种子填充算法精确指定参数化区域;在遍历过程中加入一个距离场限制,然后使用平面中值坐标方法对被复制区域进行变形处理;最后将被复制区域和目标网格进行无缝融合,恢复三维形状。结果 实验表明本文提出的方法能够对高曲率和凸长网格进行有效编辑,复制得到的模型能够符合需求,并且鲁棒稳定。结论 泊松方程结合平面中值坐标的网格实时编辑方法,能够实现精确的参数化区域选择对网格进行复制粘贴操作。通过与已有的网格克隆方法相比较,该方法具有很好的鲁棒性并且效果良好。     

网格修补的特征配准方法

目的 网格重建和编辑会产生几何特征缺失的模型,填补这些空洞具有重要的意义。为了克服复杂曲面修补中网格融合难以配准的问题,提出了环驱动球坐标结合基于曲率及法向ICP(iterative closest point)迭代配准的网格修补方法。方法 首先用户查找合适的源网格面片放入空洞处周围;然后对目标网格空洞环建立B样条曲线,将带修补网格包边界置于B样条曲线上,构架环驱动球坐标,将源网格变形初步配准目标网格空洞周围领域;最后使用Laplacian光顺并基于网格曲率及法向进行ICP迭代配准,使源网格与目标网格光滑拼接融合。结果 该方法能够有效修补网格空洞缺失的细节特征,并且拼接处光滑连续。 结论 环驱动球坐标配准避免了网格变形的包围网格笼子构造,再通过ICP迭代精确配准网格,和以往的网格修补方法相比,该方法能够很好地修补网格空洞处细节特征。     

As-rigid-as-possible mesh deformation and its application in hexahedral mesh generation

This paper presents an efficient and stable as-rigid-as-possible mesh deformation algorithm for planar shape deformation and hexahedral mesh generation. The deformation algorithm aims to preserve two local geometric properties: scale-invariant intrinsic variables and elastic deformation energy, which are together represented in a quadric energy function. To preserve these properties, the position of each vertex is further adjusted by iteratively minimizing this quadric energy function to meet the position constraint of the controlling points. Experimental results show that the deformation algorithm is efficient, and can obtain physically plausible results, which have the same topology structure with the original mesh. Such a mesh deformation method is useful to project the source surface mesh onto the target surfaces in hexahedral mesh generation based on sweep method, and application results show that the proposed method is feasible to mesh projection not only between similar surface contours but also dissimilar surface contours.