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.     

面向非均匀采样点集的3维表面重建算法

针对非均匀采样点集,提出一种改进的3维表面重建方法。该方法将整个点集进行空间划分,缩小近邻点的搜索范围,减少搜索时间;在确定近邻点时,先计算几何近邻点,然后通过求方向性点并构造最小生成树的方法,确定拓扑近邻点;最后通过将拓扑近邻点投影到局部切平面上,利用约束条件对投影点进行三角剖分,并将剖分得到的顶点连接关系映射到3维空间中,实现3维表面重建。实验结果表明,改进后的算法运行效率高、重建效果好、广泛适用于非均匀采样点集的表面重建。     

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.     

基于Delaunay剖分的心内膜表面动态三维重建算法

心内膜表面三维重建技术在三维标测系统起着手术导航和靶点定位的作用。针对心内科手术中实时采集的散乱心内膜点云,提出了一种基于Delaunay剖分的表面动态三维重建算法。以CGAL非递归方式实现的逐点插入计算Delaunay剖分算法为基础,在剖分过程中,用关联采样点的伞局部替换原来表面中不满足Gabriel准则表面面片的集合,心内膜表面结构随着点云Delaunay剖分的变化而进行动态地更新。同时为了有效地表达心内膜表面及其点云的Delaunay剖分,并能够快速地索引四面体网格和表面三角面片,提出了一种以vtkDataArray为基础的几何数据结构。最后,实验表明该方法在重建结果和重建时间上可以满足心内科手术中的临床应用。     

结合Delaunay 三角面分离法与搜索球策略的三维曲面重建算法

基于曲面重建在计算机图形学、三维GIS、逆向工程等领域有重要应用,结合区 域生长法与Delaunay 三角剖分的优势,提出了一种新的散乱点云曲面重建算法。首先根据曲面 中轴性质提出了分离角定义并推导了相关结论,利用局部Delaunay 三角形分离角性质抽取大量 位于模型表面三角形,从而构建种子三角网增加初始区域的生长面积其次运用自适应搜索球法 加快邻域三角形搜索并识别曲面边界。对比传统的基于Delaunay 法和传统区域生长法,该方法 只需要一次三角剖分,无需极点与法向量计算,重建速度快,具有Delaunay 三角网格的优良结 构特性,孔洞数量少,重建出的三维模型几何信息与拓扑关系准确。实验表明,结合Delaunay 三角剖分与区域生长法重构有向的流形三角网格模型,能够提高三维模型的重建效果与速度, 有效地自动识别曲面边界。     

结构光视觉三维点云逐层三角网格化算法

针对结构光视觉恢复的大规模三维点云的可投影特点,提出一种基于投影网格的底边驱动逐层网格化曲面重建算法。该算法首先将点云投影到一个二维平面上;然后基于点云投影区域建立规则投影网格,并将投影点映射到规则二维投影网格上,建立二维网格点与三维点云间的映射关系;接着对投影网格进行底边驱动的逐层网格化,建立二维三角网格;最后根据二维投影点与三维点的对应关系及二维三角网格拓扑关系获得最终的三维网格曲面。实验结果表明,算法曲面重建速度快,可较好地保持曲面细节特征。     

一个利用法矢的散乱点三角剖分算法

曲面上散乱点的三角剖分在曲面重建中发挥着重要作用,借助于曲面上的法矢信息和三维Delaunay三角剖分算法,该文给出了一种新的散乱点三角剖分算法,输入一组散乱点以及所在曲面S在这些散乱点处的一致定向的法矢信息,该算法将产生一张插值散乱点的三角网格曲面M,并且曲面M可以近似地看成是曲面S的三角剖分,算法的主要步骤分为两步：首先通过曲面S的一致定向的法矢信息,在曲面S的同一侧添加辅助点,利用这些辅助点来剔除Delaunay三角剖分中产生的不需要的三角片;然后将剩余的三角片连接成一张完整的网格曲面,与基于中轴的三角剖分算法相比,该文算法需要更少和更简单的计算,与局部三角剖分算法相比,该文算法可以更有效地避免重建后的曲面产生自交,该文的算法可用于任意拓扑的光滑曲面重建。     

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。     

三维物体表面重建的分支处理算法研究

根据平面点集Delaunay三角剖分的特性,将Delaunay三角剖分应用到分支问题上,改进和实现了一种分支问题处理算法。将相邻层轮廓线投影到同一个剖面上形成一个带约束边的平面点集,并将它们Delaunay三角化,根据这些三角形组来生成新的轮廓线,使轮廓线一一对应。实验结果表明该算法实现的效果较符合实际情况,能有效地处理各种不同情况。     

一种基于点云数据的快速曲面重构方法

研究激光扫描中的点云数据重构技术,提出一种基于规则点云数据的快速曲面重构方法。分析相邻扫描线之间数据点的相对位置关系,在三角剖分的基础上,设计改进的扫描线剖分算法,根据激光逐行扫描的特点,对点云数据进行不规则三角网格划分,利用几何关系进行配对构网,并在所建三角模型的基础上实现三角网格的局部优化和纹理映射,得到重建模型。实验结果表明,与传统Delaunay空间三角剖分算法相比,该算法可明显提高三角构网速度和质量,消除空洞,改善重建效果。     

基于2维流形的STL曲面网格重建算法

STL（stereo lithography）作为3D扫描数据和快速原型制造事实上的标准,其广泛应用于娱乐、制造业和Internet等领域.但随着3D模型越来越复杂,数据量越来越庞大,从STL文件难以快速获得完整拓扑关系以及其存在大量冗余信息的缺点,制约着STL网格模型的进一步优化处理与应用.为此,需要针对STL网格模型进行网格重建.本文针对2维流形的STL三角形曲面网格模型,提出了一种快速的网格重建方法.主要利用删除在重建过程中达到饱和的顶点,以便减少需要比对的顶点数,并结合STL文件数据的相关性来提高顶点搜索与比较的效率.对于非封闭的曲面网格,本文算法在提高曲面网格重建效率的同时,还能有效地提取曲面网格模型的边界信息.另外,重建的曲面网格数据文件大大地减少了存储空间,有效地去除了冗余数据.实验结果表明本文算法的高效性及鲁棒性.     

Distributed Poisson Surface Reconstruction

Screened Poisson surface reconstruction robustly creates meshes from oriented point sets. For large datasets, the technique requires hours of computation and significant memory. We present a method to parallelize and distribute this computation over multiple commodity client nodes. The method partitions space on one axis into adaptively sized slabs containing balanced subsets of points. Because the Poisson formulation involves a global system, the challenge is to maintain seamless consistency at the slab boundaries and obtain a reconstruction that is indistinguishable from the serial result. To this end, we express the reconstructed indicator function as a sum of a low-resolution term computed on a server and high-resolution terms computed on distributed clients. Using a client–server architecture, we map the computation onto a sequence of serial server tasks and parallel client tasks, separated by synchronization barriers. This architecture also enables low-memory evaluation on a single computer, albeit without speedup. We demonstrate a 700 million vertex reconstruction of the billion point David statue scan in less than 20 min on a 65-node cluster with a maximum memory usage of 45 GB/node, or in 14 h on a single node.     

光度立体三维重建算法

提出一种三维表面重建方法，以便快速准确地获得三维模型．首先获取控制光照和视角条件下的3幅图像，采用光度立体视觉的方法计算表面法向量，并在基于高度的全局优化和局部特征保持的基础上，通过金字塔式多尺度逼近，由表面法向量恢复三维表面信息．实验表明，这是一种简易快速的三维重建算法，在游戏三维建模、交互式动画等方面有着广泛的应用．     

三维数字图像简化和细分的后处理

三维成像及造型系统(3DIMS)通过对物体不同方向的数据采集，完成深度数据的匹配和融合．但由此得到的图像数据量庞大，质量也不能满足计算机动画等应用的要求．针对这一问题，将网格优化和细分曲面引入到对该三维数字图像的后处理过程．实验结果表明，该方法在数据压缩和曲面的表达等方面较3DIMS都得到了很好的改进．     

基于隐式T样条的曲面重构算法

提出隐式T样条曲面，将T网格从二维推广到三维情形，同时利用八叉树及其细分过程，从无结构散乱点数据集构造T网格，利用曲面拟合模型将曲面重构问题转化为最优化问题；然后基于隐式T样条曲面将最优化问题通过矩阵形式表述，依据最优化原理将该问题转化成线性方程组，通过求解线性方程组解决曲面重构问题；最后结合计算实例进行讨论．该方法能较好地解决曲面重构问题，与传统张量B样条函数相比，能效地减少未知控制系数与计算量．     

解析曲面与自由曲面混合模型的约束优化重建方法

首先阐述了平面、球面、柱面、锥面、B样条曲面的表达方式和相应的点到曲面的距离函数;然后给出了解析曲面与自由曲面保持连续性所需满足的约束方程;带约束的拟合问题通过惩罚函数方法来求解.实例表明:该方法可以应用于工业零件的反求设计中.     

三维重构中轮廓线间的连接和光滑问题的处理

在使用面绘制算法重构三维实体模型时，由于原始数据稀疏，需要通过一定的方法对填充在相邻轮廓线间的三角形或多边形进行拟和，以达到光滑的效果。本文先按照最小内角最大准则进行Delaunay三角剖分，当可选三角形的最小内角相等时再运用最短路径法在相邻轮廓线间构造三角形，然后再在三角格网上构造Bezier三角曲面，不仅使构造出来的格网具有较好形状，又提高了表面的光滑程度和重构的精度。     

基于两视图的曲面重建方法

提出了一种利用曲面物体的两幅图像进行曲面重建的方法。从物体的正面和侧面拍摄两幅图像，而后利用用户交互获得这两幅图像中的侧影轮廓线。并通过最小化以这些侧影轮廓线作为约束二次目标函数，重建出最光滑的三维曲面。另外，在二次目标函数中增加一个系数，实现了曲面折痕。利用真实图像进行实验，验证了该方法的可行性和正确性。     

采用CT切片的三角片曲面重构算法

采用二维平行轮廓线三维重建表面是三维建模研究领域的一项重要研究课题，具有非常广泛的应用领域。重建过程中计算量非常庞大，有效地化简重建的数据可以大大提高重建效率。文中提出了一种基于分析轮廓骨架点的表曲面重构算法。首先对CT切片进行预处理及图像分割，然后对轮廓线提取骨架，再进行骨架剪裁，最后采用模拟退火法进行三维重建。该算法使三维重构的数据大大化简，同时克服了局部优化算法中需交互指定初始连接边的缺点。     

基于骨架的断层间复杂轮廓线的三角片曲面重构

提出了一个基于轮廓线骨架点的三角片曲面重构的算法,首先对散乱骨架点进行拓扑连接,得到一个由骨架点构成的多边形,然后分析骨架多边形得到所需的特征骨架点,进而得到断层间轮廓线的相似特征部分,把断层间轮廓线分割为相对应的简单曲线段,最后,重构的曲面由这些分段重构的子曲面拼接而成。