边界保持的隐式曲面三角化方法

隐式曲面三角化是隐式曲面绘制的常用算法.对于开区域上散乱点数据重建的隐式曲面,常用的隐式曲面三角化方法得到网格模型不能很好地保持散乱点数据的边界.针对该问题,提出了一种边界保持的隐式曲面三角化方法.根据散乱点数据的空间分布,控制等值面的抽取范围,实现了边界保持.实验结果表明,该算法能够产生和散乱点数据边界一致的三角网格.     

散乱点云的三角划分算法研究

通过对当前的三角网格划分方法进行比较分析,提出了一种散乱点云的3D三角网格划分算法。该算法不需如同二维划分方法那样要对散乱点云对应的自由曲面分片投影,而是直接在3D空间,根据离散点集所对应的曲面形态变化,利用网格扩展、边界环分裂和边界环封闭,逐层收缩生成三角网格。该算法能方便地处理空间多种曲面的散乱点云数据,并且生成的三角网格形态优良,布局合理。     

三维地质界面网格模型构建算法研究

三维地质模型主要包含地质构造模型和地质属性模型。提出一种局部映射-边界控制的曲面三角化网格模型构建算法,与映射法相比,减少三维空间点映射到二维平面的计算过程,避免因多点到一点的映射关系而生成错误的三角化网格模型。基于地质测量数据特点,原始地质数据经处理后采用点集合形式表示,基于点集数据构建三维三角化网格模型,模拟地质界面的展布形态,控制三角网格质量。采用两种网格边界控制方法,在有边界约束数据和无边界约束数据条件下均能自动更新地质界面三角化网格模型边界。基于断层点数据集测试并展示算法构建的三维三角化网格模型可视化效果,通过断层面三角化网格模型能够反映断层面之间空间位置关系。     

散乱数据点集的三角划分算法研究

在对当前的三角网格划分方法进行比较分析后，提出了一种散乱数据点集的3D三角网格划分算法，该算法不需如同二维划分方法一样要对散乱点集对应的自由曲面分片投影，并可自然处理含有凹边界及孔域的曲面数据点集，利用网格扩展、边界环分裂和边界环封闭，根据曲面的变化逐层推进生成三角网格，使算法能方便地处理非封闭曲面、空间剪裁曲面、封闭曲面、空间多连通曲面等各种曲面的散乱数据。     

空间网格面片可见边界提取方法研究与应用

在计算机视觉和图形学中广泛应用三角网格来表示空间曲面，在许多应用领域基于边缘检测的2维图像处理技术已非常成熟，但空间三角网格面片边界提取，特别是沿某一方向可见边界提取方法还没有得到很好发展。本文提出一种求解三角网格面片可见边界算法，该算法根据光线方向和三角网格对应的法向量判断三角网格的可见性，从而确定三角网格面片的可见边界，再由各个三角网格具有可见边界边的数目标识三角网格的类型，接着依据三角网格类型确定面片的可见边界，该算法的时间复杂度为O（n）。最后以实例说明了该算法的可行性和有效性，并将该算法应用于卫星构型分析中的太阳翼遮挡分析计算模块，其计算速度、精度能满足工程实践要求。     

离散点集3D三角划分算法在裁剪曲面中的实现

提出一种在3D空间直接对曲面离散数据点进行三角网格划分的算法,该方法适用于非封闭曲面、封闭曲面及多连通复杂曲面的离散点集,同时也能处理剪载曲面的离散点集,得到优良的三角网格。在引入边界环融合的概念的基础上,详细阐述算法如何实现对剪载裁曲面离散点集三角划分,并给出应用实例。     

分片驱动的特征敏感曲面重建

为健壮处理包含尖锐特征或欠采样的数据点集,通过对基于边界推进曲面重建技术的扩展,提出一种分片驱动的、特征敏感的对无方向散乱数据点集进行曲面重建的算法.在一个光滑阈值的控制下,将曲面重建过程分成分片重建和特征缝合2个阶段.在分片重建中,从光滑的种子三角化区域开始进行边界推进三角化,并通过拓扑元素分类与特征检测对边界光顺和特征重定位,以进一步扩展该分片,重复该过程,得到对光滑区域三角化的一系列光滑分片;特征缝合阶段,在边界推进过程中将所有分离的分片或分片中的缝隙缝合在特征区域.这种两阶段的三角化策略可有效地处理含尖锐特征或不规则采样如不充分采样的点集,无需保证拓扑完整性的复杂数学测试,如协变分析和三角形相交检测等,基于局部光滑曲面的求交,可有效地恢复采样点集丢失的特征信息.实验结果表明,采用文中算法能健壮处理不规则采样点集,并生成特征敏感的高质量网格.     

基于Hermite插值的网格拼接和融合

网格模型的拼接和融合是3维形状编辑和造型中的一个重要方面。基于Hermite插值技术,提出一种适用于具有一般边界点空间分布的三角网格模型之间无缝光滑拼接和融合方法。首先查找网格模型待拼接区域的边缘点集,并利用二次B样条曲线插值边缘点集分别得到边缘曲线;然后对边缘曲线进行Hermite插值得到拼接区域连续曲面;最后对拼接曲面分别进行三角网格化和Laplacian光顺平滑处理以实现网格模型的光滑拼接和融合。由于利用B样条曲线插值待拼接模型边界,本文方法适用于具有各种不同边界情形的网格模型拼接和融合,它不仅仅可以处理平面边界曲线情形也可以处理空间边界曲线情形。结合Hermite曲面插值拼接过渡区域,使得产生的拼接网格能光滑地衔接待拼接模型。实验结果表明,本文方法能够有效地实现三角网格模型的光滑拼接、模型修复和模型融合。     

基于Hermite插值的网格拼接和融合-CIDE2013

网格模型的拼接和融合是3维形状编辑和造型中的一个重要方面。基于Hermite插值技术,提出了一种适用于具有一般边界点空间分布的三角网格模型之间无缝光滑拼接和融合方法。首先查找网格模型待拼接区域的边缘点集,并利用二次B样条曲线插值边缘点集分别得到边缘曲线;然后对边缘曲线进行Hermite插值得到拼接区域连续曲面;最后对拼接曲面分别进行三角网格化和Laplacian光顺平滑处理以实现网格模型的光滑拼接和融合。由于利用B样条曲线插值待拼接模型边界,本文方法适用于具有各种不同边界情形的网格模型拼接和融合,它不仅仅可以处理平面边界曲线情形也可以处理空间边界曲线情形。结合Hermite曲面插值拼接过渡区域,使得产生的拼接网格能光滑地衔接待拼接模型。实验结果表明,本文方法能够有效地实现三角网格模型的光滑拼接、模型修复和模型融合。     

有界域三角剖分的广义边界递归法

提出了有界域的下限剖分问题，并设计出分步求解方案，首先用边界递归法对边界曲面进行研究，剖分结果可作为有界域的近似边界，在引入空间环表定义后，采用广义边界递归分法实现有界域的近似四面体网格发；最后，引入了附加离散点构造出附加四面体，它与区域的近似四面体网格一起构成一个覆盖整个界域的三角网格，应用表明该方法的简单有效。     

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。     

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。     

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。     

A simplified interpolation and conversion method of contour surface model to mesh surface model

Contour line type representation is useful for understanding the surface structure qualitatively to a human. However, for the computer handling, a contour line model may not be suitable and it is required to be converted to the other type model such as a mesh surface model. It may be a problem how to decide mesh data on a mesh line where there are fewer points intersecting with contour lines. In this article, the authors propose a new method to convert a contour line model to a mesh surface model with minimum errors. Mesh lines (equivalent to the planes intersected with contour surface) located on the contour surface and intersected with contour lines are calculated. A mesh line which has maximum number of effective sampling points (that means maximum number of intersections with contour lines, and hereafter referred to as latter) is selected and a sectional shape along this mesh line is decided. The sectional shape is represented by spline curve with parameters, so that the mesh point data on the mesh line can be determined easily, and these decided mesh points are regarded as equivalent as intersection with contour lines. The above processes are repeated until all mesh lines which have intersection points or obtained mesh data have been chosen and calculated. Thus we can convert a contour model to a mesh surface model with minimum loss of contour line informations.     

一种基于边缘生长的灰度和彩色图象分割方法

边缘检测可以快速准确地提供区域分割的边缘点,是图象处理的一个重要领域。但由于边缘点不连续和难以把存在大量碎边缘点的高细节区提取出来这两个原因,而不能直接实现完整意义上的图象分割。为此提出用边缘生长的方法来解决不连续的边缘点链接问题和通过找出高细节区周围的区域,以便间接地将高细节区围成一个区域。该算法是边缘检测的后续处理,适合于多种应用目的,同时还可以嵌入到其它利用边缘信息的分割算法中。     

一种基于小波的三维扫描线数据处理算法

从三维点云数据中提取实物的边界特征点，在以计算机视觉为基础的数字化曲面重建过程中有非常重要的意义。为提高精度，重建之前，必须对通过各种方法获得的大量原始散乱数据进行除噪及精简处理。基于此，提出了一种基于小波变换的激光测量扫描边界特征点提取算法，我们通过严格的理论推导，构造了一种类似mexh小波的小波基来对两种边界特征点进行检测。多次实验结果显示：该算法有效地避免了噪声和冗余数据的干扰，较精确地定位到了边界特征点，通过重建原始数据，准确地提取了三维实体的外型轮廓，同时也为实现冗余数据的精简提供了一种新的思想。     

Surface mesh regeneration considering curvatures

This work describes an automatic algorithm for unstructured mesh regeneration on arbitrarily shaped three-dimensional surfaces. The arbitrary surface may be: a triangulated mesh, a set of points, or an analytical surface (such as a collection of NURBS patches). To be generic, the algorithm works directly in Cartesian coordinates, as opposed to generating the mesh in parametric space, which might not be available in all the cases. In addition, the algorithm requires the implementation of three generic functions that abstractly represent the supporting surface. The first, given a point location, returns the desired characteristic size of a triangular element at this position. The second method, given the current edge in the boundary-contraction algorithm, locates the ideal apex point that forms a triangle with this edge. And the third method, given a point in space and a projection direction, returns the closest point on the geometrical supporting surface. This work also describes the implementation of these three methods to re-mesh an existing triangulated mesh that might present regions of high curvature. In this implementation, the only information about the surface geometry is a set of triangles. In order to test the efficiency of the proposed algorithm of surface mesh generation and implementation of the three abstract methods, results of performance and quality of generated triangular element examples are presented.     

激光三维扫描数据的表面重建

对激光三维扫描系统获得的没有任何附加信息的轮廓线点云数据进行处理，首先采用求最大连通域的方法删除噪声点，利用设定相邻点连线夹角正切阈值的方法精简数据，然后采用基于局部切平面簇的方法对数据点云进行切平面的估算、法向量的调整和计算距离函数，用改进的MC方法输出三维网格，并且应用基于顶点的网格删除算法对三维网格进行简化，在估算切平面的时候采用新的估算原则，提高了重建速度，改善了重建效果，所表述的重建流程，成功地解决了激光扫描系统所得轮廓数据点的表面重建问题。     

基于扫描点云数据的零部件边缘轮廓提取技术

针对目前大型零部件边缘轮廓线提取效率低的问题,提出一种基于扫描点云数据的零部件边缘轮廓提取技术.该技术从边缘轮廓线的形成方式出发,通过分析边缘轮廓线垂直截面线的分布特征,定义了模式向量表征屋脊型和折线直线-直线相交型截面线.提取过程主要包含截面线数据的获取、截面线类型的识别和边缘轮廓线数据的提取这3个步骤.为获取边缘轮廓线的截面线数据,构造了初始边缘轮廓线,并沿初始轮廓线构造垂直万向切片.万向切片与网格化点云数据的交点即为截面线数据.定义了基于相邻点法向夹角的模式向量,用以识别截面线的类型.针对折线型和屋脊型截面线数据提出拟合求交法和重心计算法提取其上的边缘轮廓线数据点.开展试验验证提取技术的有效性和精度,结果表明所述方法的边缘轮廓线提取准确度可达到±0.2 mm.     

结合间接邻域的散乱点云三角网格曲面重构

对于非均匀散乱点云,多数基于区域生长方法的曲面重构往往容易出现孔洞等缺陷。针对该问题,在K邻域点集的基础上提出间接邻域点集的概念,对以点为生长对象进行区域生长的三角网格曲面重构方法进行了研究,实现三角网格曲面重构。以生长点的邻域点集为样点估算微切平面,将邻域点投影至该平面上,并按照右手定则、逆时针方向进行排序,通过拓扑正确性原则从点列中去除错误的连接点,优化局部网格,选择较好的连接点,实现网格曲面的区域生长。