基于层次B样条的网格模型变形技术

针对常用的网格模型提出了一个基于层次B样条控制的三维网格空间变形框架．首先由用户交互地选取编辑区域，由程序完成编辑区域的参数化和均匀重采样；然后用层次B样条光顺拟合这些均匀采样点，所得的R样条曲面作为网格模型的基曲面，计算待编辑区域中网格顶点相对该B样条基曲面的局部坐标，该局部坐标平移、旋转不变，可视为模型的内蕴几何特征，并作为变形操作中的不变量．用户通过编辑层次B样条基曲面或者直接编辑三维网格模型，可实现多分辨率变形．实验结果表明：该方法操作直观方便，无论对整体还是局部变形，都能取得可控、可靠的变形效果，且采刚B样条曲面的控制手段易于与已有的造型系统合成．     

基于多不动点约束的网格模型局部编辑

传统的自由变形方法通过计算控制晶格来变形,不适用于精确变形的情况。针对此问题,提出一种基于多不动点约束的网格模型局部编辑算法,该算法通过多个不动点的合理配置设定多种复杂的约束条件,实现网格模型的局部编辑,进而精确的变形模型。实验表明算法计算代价低,可实现精确变形。     

基于四面体控制网格的模型变形算法

提出一种鲁棒的保体积保表面细节的模型变形算法.首先将输入模型嵌入到一个稀疏的四面体控制网格中,并且通过一种改进的重心坐标来建立两者的对应关系;然后通过用户的交互,对控制网格建立一个二次非线性能量函数对其进行变形,而输入模型的变形结果则可以通过插值来直接获得.由于能量函数的优化是在控制网格上进行的,从而大大提高了算法的效率.与此同时,提出一种新的能量--Laplacian能量,可以使四面体控制网格进行尽量刚性的变形,从而有效地防止了大尺度编辑过程中模型形状的退化现象.文中算法还具有通用性,可支持多种模型的表示方式,如三角网格模型、点模型等.实验结果表明,该算法可以有效地保持输入模型的几何细节、防止明显的体积变化,得到了令人满意的结果.     

基于细节的自适应网格简化

从模型中保留的几何细节出发，提出一种自适应的三角网格简化算法．该算法首先比较顶点与其相邻点之间的欧氏距离是否超过预先设定的简化尺度，删除小于该尺度的相邻点，再对删除造成的空洞作局部三角剖分．此算法的特点是用细节度参数控制简化模型的整体精度，并且简化的尺度可以根据模型表面的细节情况作自适应调整，自动在细节丰富的区域变小而在细节稀疏的区域变大．通过两组应用实例可以看到，文中算法在有效地降低数据量的同时很好地保持了模型的视觉特征．     

自适应三角网格模型重新布点算法的研究

在对任意拓扑三角网格模型进行自动三边界区域划分的基础上，提出一种适应的三角网格模型重新布点算法，该算法首先根据三边界区域划分的结果，构造初始网格模型具有最低分辨率的基础网格模型，然后利用协调映射技术，对网格模型进行重新采样，从而不断对基础网格模型进行细化，算法的特点是可以根据不同的精度自动在曲面的大曲率处重新采样得到较多的点，而在曲面的小曲率处则重新采样得到较少的点，该算法可以用于三角网模型的自适应简化和优化，文中的应用实例表明，该算法可以保证在满足指定精度要求的条件下，得到更合理的三角网格模型，取得理想的效果。     

采用向量化运算进行图像融合的真实感纹理映射

提出一种基于向量运算体现纹理形变要求的映射对应点获取方法，根据场景表面纹理走势特点划分表面形变控制网格，以网格边界为形变控制向量，通过对控制向量的合成取得映射点；同时，根据对应点亮度进行图像融合达到纹理真实感融入．对于场景表面纹理走势细节性变化给出了网格调整方法，进一步使用三次参数样条曲线拟合映射区域，基于曲率半径进行边界多边形化以实现对映射区域的精确判断．该方法能产生高度真实感的虚拟实景效果．     

网格特征均衡化编辑

针对目前缺少从特征分布的角度来研究多边形网格编辑的问题,提出一种基于特征均衡化的网格编辑算法.首先对网格域上的坐标值作均衡化处理,使网格特征重新分布,再通过求解稀疏线性方程组得到新的网格模型,达到编辑网格和增强特征的目的;然后结合网格顶点和三角形重心约束在保持基本形状的基础上对网格特征进行编辑;最后通过显式地编辑网格模型的特征分布来隐式地改变模型的形状和特征.实验结果表明,该算法从网格模型内在特性出发寻找模型的内在控制机制,隐式地将整体形状控制与细节特征控制结合起来,为网格编辑和特征优化提供了新的思路.     

一类交互式网格曲面编辑工具的设计

在曲面造型系统中,如何方便地修改和交互地编辑曲面模型是一个关键问题。提出一种对网格曲面进行直观、交互变形的方法,它是通过一组变形工具来实现的。定义了点编辑工具、球形编辑工具和六面体编辑工具,使用不同的编辑工具可以产生不同的变形效果,还可以通过过渡参数对变形形状进行细微调整。     

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.     

三角网格模型上任意两点间的近似最短路径算法研究

提出一种任意三角网格模型上两点间的近似最短路径算法．该算法首先将三角网格模型表示为带权图结构，然后用Dijkstra算法计算带权图中两顶点间的最短路径，并将其作为网格模型上该两点间最短路径的初始近似．通过不断地迭代对相关三角形边进行自适应细分，并构造每次细分后新的带权图，从而对网格模型上的两点间最短路径进行迭代逼近．该算法效率高，可以很好地控制精度，适用于大型三角网格模型两点间最短路径寻找．文中还讨论了该算法在任意三角网格模型区域划分中的应用．     

基于三角网格的交互式数据分割研究

为了有效地提高三角网格模型数据分割的效率和准确性,设计了一种交互式的数据分割算法--基于夹角追踪的区域边界生成方法.该方法在自动提取三角网格模型特征点的基础上,交互地选取区域边界的起点和终点,由起点和终点建立一个方向向量.沿着方向向量,以夹角追踪的方式查找其它的边界点,直到起点和终点在同一三角形中.根据三角网格所具有的特征,设计了新的区域边界光顺算法和域内顶点的查找方法.部分典型算例表明了该设计算法的正确性和有效性.     

基于特征的图像网格生成方法

基于网格形变的图像缩放算法是目前的一个研究热点。适当的图像网格表示是这类算法成功的关键之一。提出一种基于图像特征的三角形网格生成算法。提取图像分割形成区域的边缘特征点,与图像四条边界上均匀分布的点一起,作为改进的Dart-throwing算法的初始点集。用距离变换计算每个像素到最近边缘线的距离,作为Dart-throwing算法的控制参量;所生成的网格点集接近边缘线时密集,远离边缘线时稀疏。最后用Delaunay算法形成图像的三角形网格表示。实验结果表明,所生成的三角网格较好地体现了图像的结构特征,并且有效减少了网格点数目,有利于提高后续算法的处理效率。     

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.     

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。     

一种用于表面重建的网格点生成算法

表面重建需要建立表面的多边形(通常为三角形)网格模型,该文给出的算法通过两项参数来控制边缘轮廓上生成的网格点,所生成的网格点不但能够体现边缘的主要特征,而且可以避免在重建时产生斜三角形。该算法具有速度快、适应性强以及可灵活调整重建精度的特点,已在医学影像工作站上的三维重建系统中获得了较好的应用。     

Preserving form features in interactive mesh deformation

Interactive mesh deformation that preserves differential properties is a promising technique for the design of mechanical parts such as automobile sheet-metal panels. However, existing methods lack the ability to manipulate the form features and hard constraints that are commonly used in engineering applications. In this paper, we propose a new deformation framework that precisely preserves the shapes of form features during deformation. Geometrical shapes are interactively deformed so that mean curvature normals are approximately preserved in a least-squares sense and positional constraints and form-feature constraints are precisely satisfied. In our system, the combination of soft and hard constraints is solved using the Lagrange multiplier method. We also show how to constrain the motion of a form feature on a plane or a straight line using linear constraints. The implemented system achieves a real-time response for constrained deformation.     

残缺网格模型的快速B样条曲面重建

针对残缺的三角网格模型,提出一种将网格模型的散乱数据点转化为有序阵列点再进行B样条曲面快速重建的算法.首先确定最小二乘平面上的一个矩形参数域,再构造出一个平面阵列点列,并部分映射到三维网格上;然后利用空间阵列点的邻域信息估计4个角点的空间坐标,并构造径向基函数曲面,用于补充空间阵列点列中残缺的数据;最后利用有序点列拟合的高效性构造B样条曲面.实验结果表明:该算法速度快、拟合精度高、鲁棒性强,重建的曲面具有良好的光顺性和可延伸性,适用于逆向工程中对经过数据分割后的网格模型的自由曲面重建.