三角网格表面近似测地线的计算

为了有效地计算三角网格表面任意两点间的近似测地线,将三角网格模型表示成带权图,计算带权图上两点间的最短路径,并迭代细分最短路径邻域内的边以构造新的带权图求解.改进了细分顶点的生成策略,提出了邻域扩展的方法,提高了迭代运算速度,有效地解决了迭代细分算法容易陷入局部最优的问题;并把测地线距离应用于径向基函数,实现了一种曲面变形算法.实验表明该算法达到了较好的效果.     

曲面上任意两点的近似最短路径算法研究

为了提高曲面上任意两点间近似最短路径的计算效率,提出了求解曲面上任意两点间近似最短路径的算法,该算法首先利用三角形网格模型表示曲面,并形成相应的带权图结构,然后采用FSPA(快速最短路径法)动态计算带权图上两点的最短路径,再通过迭代细分最短路径周围的三角形网格上的边,最后由这些边构造新的子图来不断逼近曲面上两点间的最短路径。为验证该算法效果,还给出了该算法两个应用实例。应用结果表明,该算法效率高,容易实现,并可用网格尺寸和细分参数γ来控制近似精度。     

改进的三角网格表面近似测地线算法

三角网格表面的测地线计算问题可转化为三角网格表面两点间的最短路径计算问题,为了快速地计算三角网格表面测地线,提出一种基于缩小最短路径搜索区域的三角网格表面近似测地线算法。将三角网格沿坐标系三坐标轴方向进行空间单元划分,使用A*算法求出两点间的最短路径盒子序列,进而得到新的搜索区域,计算三角网格上两点间的最短路径,迭代细分最短路径邻域内的边以构造新的网格求解测地线。实验结果表明,该算法能够快速准确地计算出三角网格表面任意两点间的近似测地线,有效解决大型三角网格上最短路径计算速度慢的问题,计算速度较改进前的算法提高了10倍~59倍。将该算法应用到虚拟肝脏手术系统的区域标定中,可满足虚拟场景中对计算实时性和效果真实性的要求。     

点云模型上近似测地线的计算

为了有效计算点云模型上任意两点间的近似测地线,将点云模型沿着直角坐标系中三坐标轴方向进行空间栅格划分后,建立表示点云模型的带权图,采用Dijkstra算法计算带权图上任意给定两点间的最短路径作为初始测地线;然后通过使能量函数最小化,用共轭梯度方法对初始测地线迭代优化,计算得到点云模型上任意给定两点间的近似测地线。该算法无需对点云模型进行网格化,无需对点云模型进行局部或全局的曲面重建,适合大规模点云模型上测地线的计算。     

三角网格表面任意两点间并行近似测地线算法

为降低求解三角网格表面任意两点间近似测地线长度和路径问题的时间开销,提出一种基于局部细分法的并行近似测地线算法。采用类矩阵乘最短路径并行算法求解点对间初始最短路径,并用源分割法映射子网格数据;所有处理器并行执行,对其所拥有点对之间的初始最短路径周围三角面片上的边进行细分操作;最后基于局部细化后的细分图并行,求得所有点对间的近似测地线长度和路径。实验结果表明,该并行近似测地线算法能够有效降低求解该类问题的计算时间,计算效率大大提高。     

点云模型上测地线的计算

给定点云模型上2点，将点云数据沿与xyz三坐标轴垂直方向进行单元剖分后，采用Dijkstra算法求出2点间的最短路径作为初始测地线；然后通过带弧长最短约束的平方距离最小化方法对初始测地线进行迭代优化，计算得到点云模型上给定2点间的一条样条表示的精确测地线．文中算法只需局部拟合抛物曲面，无需对点云模型进行三角化或曲面重建，适合大规模点云数据模型上测地线的计算．     

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．     

三角网格模型的基本群分割

提出一种有效的三角网格模型分割方法。用Dijkstra算法求出三角网格模型上任意给定一个基点到其余顶点的最短路径树;求出该模型对偶图的最大生成树,且对偶图的边与该最短路径树的边不相交;找出该模型上所有既不属于最短路径树也不和最大生成树相交的边,这些边分别与最短路径树组成的最短环集合就是给定基点处的基本群,沿着这些最短环就可以把网格分割成一个拓扑同胚于圆盘的区域。实验结果表明,该分割方法可以快速、有效地实现网格的分割。     

三角网格的自适应细分研究

提出面向三角网格全局细分和局部自适应的细分算法。在原三角网格模型上计算每个面片的中心坐标,据此生成的中心坐标点作为新的顶点坐标进行重新绘制得到三角基网格,然后进行多次迭代,达到基本的全局细分目标。在最后生成的基网格上,可以通过调节最大网格面积和平均网格面积之间的比例系数等,来得到更加均匀的三角网格。实验表明该方法能到得到质量较高的细分结果。     

基于三角面网格细化策略的改进种子填充算法

区域填充染色的一般解决方法并不适用于空间曲面.为解决该问题,提出一种适用于空间三角面网格的种子填充算法.通过改变种子点的判定方法,将平面种子填充算法扩展到空间三角面网格上,在细分三角面网格结构时,使用以轮廓线为引导的细分策略,并利用凸包的一些特殊性质对轮廓点进行筛选.实验结果表明,该算法可以较好地完成三角面网格的区域填充染色,在效率和填充效果方面都可以满足实际应用.     

公交车网络的最短路径算法及实现

最短路径问题是图论研究中的一个经典算法问题．旨在寻找图中任意两结点之间的最短路径。一般在交通道路网络中最短路径问题就是单纯地求解两点问的最短路径。为了保证实用性，公交车网络的最短路径算法以转车次数最少为首要目的。文中借鉴广度优先搜索的思路来求解最短路径，即逐个找出经过起点站和终点站的车次以及这些车次沿途可转的车次。首先说明了算法的计算机实现方法，再举例详细说明其过程，最后指出此算法的扩充用途。     

散乱数据点集曲线重构的最短路逼近算法

给出了散乱数据点集曲线重构的最短路逼近算法．算法根据数据点的分布构造带权连通图，通过求解带权连通图的最短路径，将散乱数据点集的曲线重构问题转化为有序数据点集的曲线重构问题．算法可以对单连通、多连通和封闭的数据点集进行重构．重构曲线较好地保持了数据点集的形状和走向，尤其是带尖点的数据点集的形状特征．最后给出不同拓扑结构的数据点集的重构曲线实例．     

Generation of Performance-Driven Facial Expressions

Coordinates of the key facial feature points can be captured by motion capture system OPTOTRAK with real-time character and high accuracy. The facial model is considered as an undirected weighted graph. By iteratively subdividing the related triangle edges, the geodesic distance between points on the model surface is finally obtained. The RBF (Radial Basis Functions) interpolation technique based on geodesic distance is applied to generate deformation of the facial mesh model. Experimental results demonstra...     

基于参考节点嵌入的图可达性查询

针对k步可达性查询算法无法解决带距离约束的图可达性查询问题,提出基于参考节点嵌入的图可达性查询算法。首先,从所有节点中选出极少数有代表性的全局参考节点,预先计算所有节点与全局参考节点之间的最短路径距离;然后,采用最短路径树和范围最小值查询技术求得局部参考节点;接着,利用三角不等式关系得到查询点对距离范围;最后,根据查询条件中的距离值与查询点对距离范围上、下限值的大小关系,可快速得出可达性结论。针对社会关系网络和公路网络数据,将所提算法与Dijkstra算法、K-Reach算法进行实验对比测试。相较于K-Reach算法,其索引建立时间小4个数量级,其索引规模小2个数量级;相较于Dijkstra算法,在公路网络和社会关系网络中,直接得出可达性结论的比例分别为92%和78.6%,其查询时间大大缩短,分别降低了95.5%和92%。实验结果表明：所提算法能够通过使用较小的索引开销,实现在线查询计算复杂度的降低,可很好地解决既适用于有权图又适用于无权图带距离约束的可达性查询问题。     

Parallel Mesh Algorithms for Grid Graph Shortest Paths with Application to Separation of Touching Chromosomes

The grid graph shortest path problem has many applications. In this paper, we present practical mesh algorithms using a local cost-reducing operation for various forms of the grid graph shortest path problem. The algorithms are very simple and can easily mark the vertices on shortest paths between any two vertices. The time complexity of the algorithm is proportional to the maximum length of the shortest paths with a very small multiplicative constant. Also in this paper, we discuss the application of the parallel algorithms in automatic chromosome analysis to intelligently split touching chromosomes. We identify local features useful for finding a potential path to separate touching chromosomes. We then define a distance measure based on the local features and find the best splitting path to cut touching chromosomes. The splitting algorithm only uses local information and is highly parallel.     

A fast path planning by path graph optimization

A fast path planning method by optimization of a path graph for both efficiency and accuracy is proposed. A conventional quadtree-based path planning approach is simple, robust, and efficient. However, it has two limitations. We propose a path graph optimization technique employing a compact mesh representation. A world space is triangulated into a base mesh and the base mesh is simplified to a compact mesh. The compact mesh representation is object-dependent; the positions of vertexes of the mesh are optimized according to the curvatures of the obstacles. The compact mesh represents the obstacles as accurately as the quadtree even though using much fewer vertexes than the quadtree. The compact mesh distributes vertexes in a free space in a balanced way by ensuring that the lengths of edges are below an edge length threshold. An optimized path graph is extracted from the compact mesh. An iterative vertex pushing method is proposed to include important obstacle boundary edges in the path graph. Dijkstra's shortest path searching algorithm is used to search the shortest path in the path graph. Experimental results show that the path planning using the optimized path graph is an order of magnitude faster than the quadtree approach while the length of the path generated by the proposed method is almost the same as that of the path generated by the quadtree.     

图的赋权路径矩阵与所有点对最短路径问题

给出了二维元素矩阵的概念,对于赋权图对应的赋权矩阵,定义了二维元素初始赋权路径矩阵和二维元素一般赋权路径矩阵,在通常赋权矩阵“乘法”运算基础上定义了路径“乘法”运算,从而得到了二维元素一般赋权路径矩阵的“乘法”运算,通过其“乘法”运算来求出所有点对的最短距离与对应路径,在得到最短距离的同时也得到对应的路径,结果显示在最终的一般赋权路径矩阵上。该算法易于通过计算机编程实现,对于大规模有向图或无向图,更有优势。     

基于Hamiltonian三角剖分的三角网格多分辨率表示

三角网格模型的多分辨率表示是几何模型绘制与传输的基础，本文通过三角形之间的拓扑相邻关系将三角网格划分为广义三角形带的集合，然后利用Hamiltonian三角剖分的性质构造三角网格的多分辨率表示。该方法统一了单分辨率网格和多分辨率网格的表示方法，当模型有c个不同分辨率表示时，其编码效率为（logc＋5）bit／vertex。     

基于测地路径的牙齿模型交互分割算法研究

从3维牙颌模型中精确地分离出单颗牙齿是计算机辅助正畸治疗的重要步骤。由于牙齿有不同的形状并且不同个体之间有很大差异,其自动分离比较困难。为此,提出一种交互分割单颗牙齿的方法：首先,在牙颌模型上交互选定特征点,然后计算特征点间近似测地路径,待测地路径封闭后,利用区域生长方法从整个牙颌模型上精确分离出单颗牙齿。实验结果显示,该算法执行速度快,用户交互量少,且分割得到的牙齿边界线平滑,较好地满足口腔正畸的临床要求。