基于均值坐标的三维动画传输

为了重用已有动画资源,提出一种基于均值坐标的三维动画传输方法．首先使用标记点在源网格和相应的目标网格间建立映射,然后采用均值坐标,根据源网格的动画来变形相应的目标网格．该方法不需要源网格和目标网格有相同的顶点数和三角面片数,也不需要有类似的拓扑信息．     

基于样例的交互式三维动画的生成

在基于草图的三维动画复制的基础上,提出了基于样例的交互式三维动画生成方法.在保留源动画基本风格的前提下,用户可以加入自己的创作思想.该方法不需要源网格和目标网格有相同的顶点数和三角面片数,也不需要有类似的拓扑信息.该方法由以下几个步骤组成:1)使用线型草图在源网格和目标网格间建立对应关系;2)在目标对象上设置控制点;3)交互地调整控制点,通过优化算法,计算出对应于各个样例姿势的权重,合成适合各个控制点的目标对象的关键帧.该方法直观易用,可以生成逼真的三维动画.通过一系列不同的样例姿势,在不同数量控制点的情况下测试了计算结果,验证了其可行性.     

基于线型草图的多源3维动画传输

为了对3维动画进行鲁棒地传输,提出了一种基于线型草图的3维动画传输方法,该方法可以把多个源网格的动画传输到一个目标网格。该方法由以下几个步骤组成:(1)使用线型草图在源网格和目标网格间建立映射;(2)使用差分均值坐标(differential mean value coordinates),根据源动画来变形目标网格;(3)对齐各部分变形后的目标网格,通过求解最小化约束函数,以获取光滑的目标网格,从而生成目标动画的关键帧;(4)对由步骤(3)产生的结果进行插值,即可产生完整的目标对象的3维动画。通过对上述几个方面的深入研究,以及将这些成果集成在原型系统中的结果表明,该方法具有以下特点:①既不需要源网格和目标网格有相同的顶点数和三角面片数,也不需要有类似的拓扑信息;②源动画既可以是3维的,也可以是2维视频或Flash;③目标对象可以是无结构化的点云数据。实践表明,该方法直观易用,可以生成逼真的3维动画。最后通过从狗、猫、蛇、人体的3维动画与2维车轮视频的合成来产生复杂的马车动画,对该方法进行了验证。另外,原型系统还通过产生其他几个例子来进一步验证其通用性和鲁棒性。     

基于非结构网格的飞行器多体分离数值模拟

针对基于非结构网格方法的飞行器多体分离数值模拟中的局部网格重构问题,提出了一种基于单元相邻关系的重构区域构造方法。首先,根据单元半径比检查网格质量并标记重构单元;其次,通过网格单元的相邻关系对重构区域进行扩展;最后,通过标记非二边流形边的周围单元保证重构区域边界定义满足二边流形准则。基于该方法的某分离物投放数值实验中,成功进行了16次网格局部重构操作,重构后总体网格单元半径比的平均值达到0.71以上。计算结果和风洞实验数据的比较分析表明,数值实验精确地计算出分离物的运动轨迹和运动姿态,验证了非结构动网格重构过程的有效性。     

实时网格编辑的扩展中值坐标方法

为了克服凸长和复杂网格较难克隆的问题,提出一种基于扩展中值坐标的交互式网格编辑方法.首先由用户选择源网格中感兴趣的区域,使用垂直投影参数化方法将其映射为二维区域,并将映射后的网格顶点二维拓扑信息保存为图像元放置于目标网格相应位置;然后通过扩展中值坐标参数和外部的边界环,在被粘贴的图像元基础上恢复出三维信息;最终粘贴网格部分被变形使得与目标网格光滑拼接.该方法采用GPU对网格复制进行加速.实验结果表明,文中方法能够在三维模型之间实时地复制、替换任意不规则网格区域.     

基于测地距离的多边形网格模型约束变形

提出了一种基于测地线的多边形网格模型的约束变形方法.首先给定一系列的变形约束源(可以是点、线或者面)以及约束源的有效半径及变形目标(偏移量、缩放比例、旋转轴和旋转角度),然后通过计算三角形网格的各顶点到约束源的测地距离来确定各顶点的场值,这个场值将作为变形的权值.在基于欧氏距离的传统约束变形中,对某一约束区域的变形往往导致对约束源附近区域不需要的变形结果,而利用测地距离来计算各点的变形权值,可以很好地避免这种现象的出现.实验结果表明,这种变形方法是直观而且有效的.     

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.     

直接点操作的人脸变形与动画

自由变形（FFD）是计算机人脸动画和表情编辑的常用方法,但对控制点的反求和变形结果的不直观是该方法的不足。提出了基于直接点操作网格的变形方法,通过鼠标的交互编辑,可以直接得到可控制的变形结果。试验结果表明该方法简单有效。     

面向三维模型分割的边界感知点云神经网络

为了能够更好地应用深度神经网络学习三维模型的空间特征,获得更好的三维模型分割效果,提出面向三维模型分割的边界感知点云神经网络.首先,采用边界感知的网格点云化方法,将网格分割问题转化成点云标记问题;然后,利用数据切片方法对转化而来的点云数据进行重采样;最后,利用不同大小卷积核的滤波器提取点云数据的空间特征,并将点云标记的结果对应到原网格模型,得到三维模型分割的结果.在ShapeNetCore数据库上的实验结果表明,该方法不仅能够明显地提高分割的准确率,而且具有边界感知的特性,能够有效地避免过分割现象.     

基于B样条插值函数的人脑MR图像非刚体配准方法

提出了一种B样条插值函数结合图像特征标记的人脑MR图像非刚体配准方法。图像的特征标记选取图像的内外部轮廓来描述,目标和源特征之间的对应关系通过距离图来自动获得。形变过程采用B样条曲面函数插值来完成。通过多级B样条插值方法,即先全局计算后局部细化的方法来逐步优化形变结果。实验表明,该算法在不失准确度的前提下,具备较快的计算速度。     

保特征的网格光顺算法

提出了一种保特征的网格光顺算法，能够在快速地去除噪声的同时，保持网格模型的结构特征。该算法对网格中每个三角形的法矢进行光顺，同时求得顶点的法矢。根据当前点到邻接点的距离以及当前点的法矢与邻接点的法矢的夹角对顶点移动的方向进行调整，使顶点分布更加均匀。利用高斯函数求得光顺权值。实验结果证明，该算法能够有效地保持网格模型的结构特征，同时具有迭代次数少、体积收缩小、执行效率高的特点。     

基于特定边界的组合保角球面参数化

针对亏格为零的流形三角网格模型,提出一种基于特定边界的组合保角球面参数化方法。该方法采用平均值坐标计算出原始三角网格模型各顶点间相关的权数,然后用这个权数去修正球面域上的顶点坐标得到新的具有保角性质的顶点坐标,再利用Möbius变换把新生成的球面域质心转化为球心,使其面积的变形程度降低,最后得到一个精度更高的初始球面域。实验结果表明该方法是有效的,且具有变形小、效率高的特点。     

基于混合频谱信号编码的网格纹理平滑

网格纹理平滑技术要求既能保持模型大尺度结构特征又能去除模型小尺度纹理.然而当模型小尺度纹理与噪声相差较大时,大多数网格光顺算法会将网格纹理识别为特征加以保持,而无法有效将其去除;现有的基于谱分析的网格光顺方法尽管能有效去除网格纹理,但又无法同时保持模型大尺度结构特征.为解决该问题,本文提出一种基于混合频谱信号编码的低通过滤网格纹理平滑算法.首先采用基于视觉感知的特征识别方法,准确区分模型大尺度与小尺度特征.然后,基于顶点特征尺度,采用差异性频谱信号编码的方式进行几何信息重建,最终实现在保持网格模型大尺度结构特征的同时有效去除小尺度纹理.算法解决了现有网格光顺方法在模型小尺度纹理特征与噪声有明显区别时,无法有效去除纹理的问题;并且也解决了现有基于谱分析的网格光顺方法无法在去除模型小尺度纹理的同时,又能保持模型大尺度特征的矛盾.实验结果验证了算法的有效性.     

Shape deformation using a skeleton to drive simplex transformations

This paper presents a novel skeleton-based method for deforming meshes (using an approximate skeleton, rather than a precise medial axis). The significant difference from previous skeleton-based methods is that the latter use the skeleton to control movement of vertices whereas we use it to control the simplices defining the model. By doing so, errors that occur near joints in other methods can be spread over the whole mesh, using an optimization process, resulting in smooth transitions near joints of the skeleton. By controlling simplices, our method has the advantage that no vertex weights need to be defined on the bones, which is a tedious requirement in previous skeleton-based methods. Our method can also easily be extended to control deformation by moving a few chosen line segments or vertices embedded in the object, rather than a skeleton.     

Approximate straightest path computation and its application in parameterization

This paper proposes an approaching method to compute the straightest path between two vertices on meshes. An initial cutting plane is first constructed using the normal information of the source and destination vertices. Then an optimal cutting plane is iteratively created by comparing with previous path distance. Our study shows that the final straightest path based on this optimal cutting plane is more accurate and insensitive to the mesh boundary. Furthermore, we apply the straightest path result to compute the measured boundary in the parameter domain for mesh parameterization, and we obtain a new computing formula for vertex stretch in the planar parameterization. Experimental results show that our parameterization method can effectively reduce distortions.     

A new feature-preserving mesh-smoothing algorithm

We present a novel mesh denoising and smoothing method in this paper. Our approach starts by estimating the principal curvatures and mesh saliency value for each vertex. Then, we calculate the uniform principal curvature of each vertex based on the weighted average of local principal curvatures. After that, we use the weighted bi-quadratic Bézier surface to fit the neighborhood of each vertex using the least-square method and obtain the new vertex position by adjusting the parameters of the fitting surface. Experiments show that our smoothing method preserves the geometric feature of the original mesh model efficiently. Our approach also prevents the volume shrinkage of the input mesh and obtains smooth boundaries for non-closed mesh models.     

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.     

A blind watermarking algorithm for 3D mesh models based on vertex curvature

We propose a robust blind watermarking algorithm for three-dimensional （3D） mesh models based on vertex cur-vature to maintain good robustness and improve visual masking in 3D mesh models. In the embedding process, by using the local window of vertex, the root mean square curvature is calculated for every vertex of the 3D mesh model and an ordered set of fluctuation values is obtained. According to the ordered fluctuation values, the vertices are separated into bins. In each bin the fluctuation values are normalized. Finally, the mean of the root mean square curvature fluctuation values of the vertices in each bin is modulated to embed watermark information. In watermark detection, the algorithm uses a blind watermark extraction technique to extract the watermark information. The experimental results show that the algorithm has a very good performance for visual masking of the embedded model and that it can resist a variety of common attacks such as vertex rearrangement, rotation, trans-lating, uniform scaling, noise, smoothing, quantization, and simplification.     

基于双边过滤的网格光顺法

在逆向工程和计算机图形学中,由于扫描的数据存在噪点,为了便于后期处理,在使用前要对其进行光顺处理.通过对网格双边过滤法的研究,提出了改进的方法.通过网格顶点及其邻域点拟合一张曲面,对每一个邻域点构造一条抛物线,利用该抛物线计算出新的距离,得到新的光顺公式.经过软件测试,新的光顺公式能够更好的对网格进行光顺,同时保留网格图形的特征.实验结果证明,使用拟合的曲面来局部逼近已有的未知曲面能比使用平面逼近已有的未知曲面得到更好的保特征效果.     

基于变形图的谱姿态迁移

为减低谱姿态迁移结果受几何代理 Cage 的影响程度,提出基于变形图的谱姿态迁 移方法。首先,利用优化二次误差度量方法简化源网格得到变形图,将源网格顶点以测地距离 为权重用变形图顶点表示,强制源网格顶点与基于耦合准调和基的姿态迁移结果尽可能相同, 同时保持变形图的拉普拉斯坐标,获得低频姿态迁移结果,并利用嵌入变形算法对此结果进行 优化;然后,通过观察找到次级姿态学习不充分的局部网格,分割出局部子网格,对这些子网 格使用低频姿态迁移方法,可以学习到次级姿态。实验结果表明,在一定程度上降低了几何代 理的影响,有效地提高了谱姿态迁移结果。