鲁棒的满足误差约束的平面cage生成EI北大核心CSCD

Cage是基于广义重心坐标的形状编辑与变形应用的基本要素,但现有算法无法保证生成的cage与模型间的距离能够满足给定的误差约束.为此,提出一种鲁棒的平面cage生成算法,对于用户指定的平面网格模型和Hausdorff距离上界,首先生成初始cage,使其与平面网格模型边界间的双向Hausdorff距离在设定的界内;其次,通过拓扑优化和几何优化降低cage的复杂度,并保证cage满足距离上界约束.对于任意的平面网格模型,该算法能从理论上保证生成的cage满足约束.在包含大量平面网格模型的公开数据集上的实验结果表明,与现有方法相比,该算法生成的cage在相同的Hausdorff距离下顶点数更少,在相同的顶点数下Hausdorff距离更小.     

室内场景中包含平面的网格简化模型的构建

为了构建带有平面的网格简化模型模拟室内场景,提出了一种快速网格建模算法.首先通过基于热传导原理的平面提取算法,快速、鲁棒地从有噪声的网格中重建出水平和竖直方向的平面部分;然后使用QEM算法对网格进行简化处理,同时在简化过程中通过对连接条件的判断避免产生非流形边;最后对网格边界的顶点进行分类处理,保证平面网格与非平面网格公共边界拓扑连接的一致性.以TUM-RGBD数据集生成的网格模型为输入,与Guided Normal Filter等算法进行了对比,结果表明,文中算法可以重建出拓扑连接一致的带有平面的简化网格,重建速度基本满足实时交互的要求.     

基于波前法的参数曲面有限元网格生成算法

为克服参数曲面有限元网格生成中的单元形状映射畸变问题,提出一种曲面有限元网格自动生成算法.该算法由弹性矢量确定曲面上新节点的生成方向和空间位置,利用相应的参数域网格进行新单元拓扑相容性判断.在生成闭曲面网格时,通过添加参/虚边界棱边对闭曲面边界进行调整,确保闭曲面边界信息相对其参数域的完整性;在给出闭曲面极点初始化方法和适当设置单元边线段相等条件的基础上,该算法适用于各种不同形式闭曲面的网格自动生成.实验算例表明,文中算法可生成质量良好的参数曲面和组合面有限元网格.     

基于边折叠和质点-弹簧模型的网格简化优化算法

通过边折叠实现网格曲面简化，提出了保持曲面特征的边折叠基本规则，引入边折叠顺序控制因子λ，给出了折叠点坐标获取方法，简化过程中网格边长度趋于均匀．在曲面简化基础上，利用质点-弹簧模型优化网格形状．将网格顶点邻域参数化到二维域上，在质点-弹簧模型中引入约束弹簧，约束调整网格顶点，并逆映射到三维原始曲面上，局部优化网格顶点的相邻网格；调整曲面上所有网格顶点，在全局上优化网格形状．在曲面简化优化过程中，建立原始模型曲面和简化优化后曲面之间的双向映射关系；曲面的网格顶点始终在原始模型表面上滑动，并以双向Hausdorff距离衡量、控制曲面间的形状误差．应用实例表明：文中算法稳定、高效，适合于任意复杂的二维流形网格．     

基于C-C细分的四边形网格上插值光滑Bézier曲面的生成

在任意拓扑的四边形网格上构造光滑的曲面是计算机辅助几何设计中的一个重要问题.基于C-C细分,提出一种从四边形网格上生成插值网格顶点的光滑Bézier曲面片的算法.将输入四边形网格作为C-C细分的初始控制网格,在四边形网格的每张面上对应得到一张Bézier曲面,使Bézier曲面片逼近C-C细分极限曲面.曲面片在与奇异顶点相连的边界上G1连续,其他地方C2连续.为解决C-C细分的收缩问题,给出了基于误差控制的迭代扩张初始控制网格的方法,使从扩张后网格上生成的曲面插值于初始控制网格的顶点.实验结果表明,该算法效率高,生成的曲面具有较好的连续性,适用于对四边化后的网格模型上重建光滑的曲面.     

基于场对齐质心Voronoi划分的四边网格生成

为了生成高质量的四边网格,提出一种基于场对齐质心Voronoi划分(centroidal Voronoi tessellation,CVT)优化的四边网格生成方法.首先通过优化CVT能量函数将输出网格顶点均匀地分布在输入网格表面;然后利用场对齐CVT优化得到网格边与输入方向场对齐的三角网格;再通过网格边-场方向匹配初步提取四边网格,并基于拓扑模式进行奇异点的识别与消除;最后利用三角形配对得到准四边网格.实验结果表明,该方法能够生成对齐方向场且质量较高的准四边网格.     

基于黎曼度量的复杂参数曲面有限元网格生成方法

给出了三维空间的黎曼度量和曲面自身的黎曼度量相结合的三维复杂参数曲面自适应网格生成的改进波前推进算法.详细阐述了曲面参数域上任意一点的黎曼度量的计算和插值方法;采用可细化的栅格作为背景网格,在降低了程序实现的难度的同时提高了网格生成的速度;提出按层推进和按最短边推进相结合的方法,在保证边界网格质量的同时,提高曲面内部网格的质量.三维自适应黎曼度量的引入,提高了算法剖分复杂曲面的自适应性.算例表明,该算法对复杂曲面能够生成高质量的网格,而且整个算法具有很好的时间特性和可靠性.     

非封闭曲面的海量空间数据点四边形网格生成算法

从数据模型的任意一点开始选择一个初始的四边形网格单元,采用动态边界边扩展的方法在三维空间直接进行四边形网格划分;在网格划分过程中实现了边界冲突检测、网格顶点优化处理、网格边界处理和网格综合优化.最后给出了网格生成实例.实验结果表明:该算法生成的网格质量较好,运行速度较快.     

边界优先的Delaunay-层推进曲面四边形网格生成

为了提高复杂组合曲面四边形网格生成的鲁棒性和边界单元质量,提出一种边界优先的Delaunay-层推进网格生成方法.首先在剖分域内粗的约束Delaunay背景网格的辅助下,以物理域的位置偏差为引导,在参数域中迭代计算边界点的法矢量;然后结合层推进策略,在几何特征附近生成各向异性或各向同性正交网格;最后使用Coring技术加速内部网格的生成并进行单元合并,得到四边形为主的网格.若干复杂平面区域和组合曲面模型的剖分结果表明,所提方法可生成等角扭曲度和纵横比优于主流商业软件的网格;在12个线程的PC平台上,使用OpenMP并行剖分包含21 772张曲面的引擎模型只用了38.68 s.     

基于C—C细分的四边形网格上插值光滑Bezier曲面的生成

在任意拓扑的四边形网格上构造光滑的曲面是计算机辅助几何设计中的一个重要问题．基于C—C细分,提出一种从四边形网格上生成插值网格顶点的光滑Bezier曲面片的算法．将输入四边形网格作为C—C细分的初始控制网格,在四边形网格的每张面上对应得到一张Bezier曲面,使Bezier曲面片逼近C—C细分极限曲面．曲面片在与奇异顶点相连的边界上G^1连续,其他地方C^2连续．为解决C—C细分的收缩问题,给出了基于误差控制的迭代扩张初始控制网格的方法,使从扩张后网格上生成的曲面插值于初始控制网格的顶点．实验结果表明,该算法效率高,生成的曲面具有较好的连续性,适用于对四边化后的网格模型上重建光滑的曲面．     

边界简化与多目标优化相结合的高质量四边形网格生成

目的 高质量四边形网格生成是计算机辅助设计、等几何分析与图形学领域中一个富有挑战性的重要问题。针对这一问题,提出一种基于边界简化与多目标优化的高质量四边形网格生成新框架。方法 首先针对亏格非零的平面区域,提出一种将多连通区域转化为单连通区域的方法,可生成高质量的插入边界;其次,提出"可简化角度"和"可简化面积比率"两个阈值概念,从顶点夹角和顶点三角形面积入手,将给定的多边形边界简化为粗糙多边形;然后对边界简化得到的粗糙多边形进行子域分解,并确定每个子域内的网格顶点连接信息;最后提出四边形网格的均匀性和正交性度量目标函数,并通过多目标非线性优化技术确定网格内部顶点的几何位置。结果 在同样的离散边界下,本文方法与现有方法所生成的四边网格相比,所生成的四边网格顶点和单元总数目较少,网格单元质量基本类似,计算时间成本大致相同,但奇异点数目可减少70% 80%,衡量网格单元质量的比例雅克比值等相关指标均有所提高。结论 本文所提出的四边形网格生成方法能够有效减少网格中的奇异点数目,并可生成具有良好光滑性、均匀性和正交性的高质量四边形网格,非常适用于工程分析和动画仿真。     

闭合三角网格的优化切割与保角映射

提出一种自动地将任意闭合三角网格切开并保角映射到二维平面域的算法.通过对自动提取的模型初始切割线逐步优化得到模型切割线,优化过程由一个与保角映射扭曲度和合法性相关的成本函数控制.为了减小映射扭曲,算法中不预先固定参数域边界,而在参数化过程中自动地确定网格的自然边界.实验结果表明,该算法通过优化切割线和参数域边界有效地降低了三角形形状扭曲,并保证了参数化结果的合法性.     

细分曲面拟合的局部渐进插值方法

逼近型细分方法生成的细分曲面其品质要优于插值型细分方法生成的细分曲面.然而,逼近型细分方法生成的细分曲面不能插值于初始控制网格顶点.为使逼近型细分曲面具有插值能力,一般通过求解全局线性方程组,使其插值于网格顶点.当网格顶点较多时,求解线性方程组的计算量很大,因此,难以处理稠密网格.与此不同,在不直接求解线性方程组的情况下,渐进插值方法通过迭代调整控制网格顶点,最终达到插值的效果.渐进插值方法可以处理稠密的任意拓扑网格,生成插值于初始网格顶点的光滑细分曲面.并且经证明,逼近型细分曲面渐进插值具有局部性质,也就是迭代调整初始网格的若干控制顶点,且保持剩余顶点不变,最终生成的极限细分曲面仍插值于初始网格中被调整的那些顶点.这种局部渐进插值性质给形状控制带来了更多的灵活性,并且使得自适应拟合成为可能.实验结果验证了局部渐进插值的形状控制以及自适应拟合能力.     

用全局参数化自动优化三角网格四边区域划分

为了提高对三角网格进行四边区域划分的质量,首先利用拉普拉斯算子及转换函数对除四边区域顶点之外的三角网格顶点进行处处连续的参数化,然后根据全局参数化结果在参数域内对四边区域的边界进行调整,进而根据四边区域边界调整的结果对四边区域顶点位置进行调整,通过反复执行上述过程达到四边区域优化的目的.该方法能有效地改善四边区域的分布情况,减小三维空间中的四边区域参数化后的变形程度,与四边区域划分的目的相适应.     

硬件加速的渐进式多边形模型布尔运算

多边形模型的布尔运算中包含复杂的求交计算以及多边形重建过程,精度控制和处理效率是其中的关键.为了降低布尔运算复杂度,提出一种适合硬件加速的基于渐进式布尔运算的多层次细节网格模型生成方法.该方法采用分层深度图像来近似表示多边形实体的封闭边界,将多边形的求交计算简化为坐标轴平行的采样点的实体内外部判断;为了免去各层次细节模型的重复采样过程,渐进式地将边界采样点归并到低分辨率下的立方体中;运用特征保持的多边形重建算法将相同立方体内的边界采样点转换成多边形顶点,根据邻接关系生成网格模型.上述算法使用支持图形硬件加速的CUDA编程并行实现.实验结果表明了算法的可行性.     

基于GPU粒子系统的烟花模拟

针对复杂3D烟花模拟方法存在计算量大,效率不高和逼真性不够等问题,提出了一种基于GPU粒子系统的烟花模拟方法.采用三维网格模拟烟花形状,通过扩展双面深度剥离算法在网格上快速均匀采样,提高顶点信息收集效率;提出并行迭代聚类算法,实现多层次的烟花爆炸,达到烟花的多重性效果;应用逆动力学原理控制烟花中粒子的运动,给出形状约束粒子的速度公式.实验结果表明,该算法对烟花模拟效果在真实性和速度上都有所提高.     

基于矢量场的二维区域全自动四边网格生成

为了实现任意二维几何模型的高质量分块结构四边形网格自动生成,提出一种基于矢量场的二维区域全自动分解方法.首先利用边界元法求解拉普拉斯型控制方程,获取一个反映模型边界几何特征、覆盖整个问题域的矢量场;然后结合矢量与标架的映射关系,将计算得到的矢量场转化为标架场;最后通过分析标架场的奇异结构将问题域分解成多个四边子区域,并在每个子区域利用映射法生成高质量的结构四边形网格.通过复杂区域的网格生成实例,验证了该方法的有效性和可靠性.     

基于边收缩的渐进网格模型生成算法

为了实现3D模型的渐进式网格模型表示,改进基于边收缩方式模型简化的收缩代价计算方法。本算法首先从SMF数据文件中读取模型数据信息,然后在内存中快速建立起3D模型,重新设计Garland算法中QEM的权值计算方法。以顶点相邻三角平面法向量最大偏差的平方作为顶点的重要程度并将其加入到误差测度公式中,通过简化最终生成渐进式网格模型。实验结果表明,本算法简练,网格模型生成速度快,模型轮廓信息保持完整。     

三角网格顶点重要度的自适应Loop细分算法

提出了一种新的自适应细分算法,在顶点的1-邻域内,用与顶点相连较长三条边的端点构成的平面去替代其平均平面,将顶点到其平均平面的距离作为判断顶点重要度的标准,对三角网格进行自适应细分。由于原始三角面片的高密度和形状相似性,以点面距离为细分尺度所产生的误差,可被限制在一个体元之内,与反复修正顶点法矢算法相比,该算法大大减少了计算量。实验结果表明,所提方法在三角网格细分过程中,简化了数据模型,提高了处理速度。     

基于顶点重要度的保形网格简化方法研究

为解决许多网格简化方法不能很好地保持模型的重要几何特征问题,提出基于顶点重要度和三角剖分的边折叠简化算法.算法通过特征因子加权顶点重要度作为边的折叠代价,定义法向量夹角因子,控制边的折叠顺序;在折叠过程中对边界特征区域进行冻结处理,以保持模型总体轮廓特征;采用边中点折叠和边邻域网格重建方法完成折叠操作.实验结果表明,模型在大规模简化后,该方法能较好地保持模型的几何特征.