基于距离和曲率特征的三维模型检索研究

针对采用单一特征描述基于内容的三维模型检索时检索精度不高的问题,结合全局描述的距离特征和局部描述的曲率特征,提出一种新的三维模型检索算法,通过距离特征相似性和曲率特征相似性的加权和,确立模型新的相似度匹配。仿真实验结果表明,相对于单一形状特征的模型检索,该检索算法能够获得更准确的检索效果。     

基于均方根曲率和绝对曲率的三维人脸特征定位

三维面部特征的定住是三维人脸识别中的关键步骤,有效、简洁、清晰的轮廓特征是快速准确人脸识别的前提所在。本文首先简要介绍了目前主流的几种基于曲率的定位方法,然后通过进一步计算均方根曲率和绝时曲率,对于同样的图像得到了更好的特征定位效果。     

基于曲率特性的牙齿三维模型匹配方法研究

为提高无标志点情况下牙齿锥形束CT与蓝光扫描三维模型匹配精度,提出了依据曲率特性选取对应点集的匹配方法.取基准模型中三点为基准点,以各基准点的曲率值为特征评价标准,提取出待匹配模型中与基准点曲率值相近似的点作为特征点;通过约束条件,从特征点中进一步选取出与基准点对应的匹配点;利用三点平移变换法计算旋转矩阵R及平移矢量t,从而实现基准模型与匹配模型的初匹配.通过实例仿真验证了所提算法的准确性和有效性.     

基于曲率特征的自由曲面匹配算法

针对无任何预知联系下的自由曲面匹配问题,提出了一种简捷、快速的匹配方法.该方法以曲面的曲率为联系特征,在测量数据与模型曲面之间建立起满足角度、距离约束的对应关系,利用三点旋转平移变换法生成旋转平移变换列表;然后通过最小距离目标函数选取正确的三维坐标变换,实现测量数据与模型曲面之间的准确匹配.实验结果表明:该方法简捷、可靠且容易实现,特别适用于工件的测量定位和多视数据的融合.     

基于曲率信息的三维人脸面部特征提取

提出了一种基于曲率信息的三维人脸面部特征提取方法。首先根据几何约束和曲率信息得到由若干间断点描述的人脸五官区域轮廓线;其次采用边界连接及变形膨胀方法,得到完全闭合、但存在多余毛刺的区域边界;最后利用二维图像处理方法进行边界精确化处理,提取出比较精确的人脸面部特征区域。实验证明了所提方法对正面自然表情三维人脸模型的有效性。     

基于平均曲率的布料模拟弯曲模型

通过对布料特性及内部结构的研究与分析,针对布料的弯曲特性提出一种非线性弯曲近似模型。首先对实际布料的弯曲属性值进行测量,获得布料的弯曲属性参数;然后,在此基础上建立基于平均曲率的弯曲近似模型来表示弯曲力。其次,利用曲面的平均曲率与高斯曲率对布料的三角网格模型进行分区划分。最后,根据子区域平均曲率的变化对弯曲力进行更新。仿真实验中,在不影响布料模拟质量的前提下,与Volino弯曲模型相比在弯腰时关键帧的速度平均提高了2.7%,抬臂时关键帧的速度平均提高了4.1%。实验结果表明,该模型对弯曲力的计算兼顾了简单性和精确性,能充分表现衣服褶皱细节,生成的衣服褶皱较真实。     

法曲率驱动曲面演化图像去噪模型研究

曲面演化图像去噪模型将图像看作嵌入高维空间中的曲面,并利用曲面局部几何特征来区分图像边缘和噪声信息,以此控制图像曲面演化速率,取得了良好的处理效果。通过分析现有基于主曲率的曲面演化图像去噪模型的优缺点,提出利用能够更好地刻画图像曲面几何结构的法曲率来控制曲面的演化过程。该模型将现有主曲率驱动的模型推广到了更一般的法曲率驱动的曲面演化模型。同时,由于法曲率在描述图像边缘、纹理、噪声等方面优于已有方法采用的主曲率,该模型在保持图像边缘、纹理等细节信息方面能够取得更好的性能。     

基于NURBS曲面拟合的三角网格曲率计算

针对三角网格提出了一种基于NURBS曲面拟合的计算Gauss曲率和平均曲率的算法。首先选取边界检测后的二阶邻点作为局部拟合数据,采用直接投影法实现参数化,由二次NURBS曲面进行最小平方拟合反算控制点矩阵,最后由拟合曲面计算曲率。并从三角网格分辨率和噪声两方面进行了比较,实验结果表明本文算法精度高、较其他算法稳定,因而更具通用性。     

基于单位统计曲率特征匹配的红外目标检测方法

针对机器人在隧道施工环境中,由于阴暗强光等因素导致红外图像中的目标检测失败,提出一种基于单位统计曲率特征匹配的红外目标检测方法;采用最小二乘法对目标的曲面进行拟合,根据拟合曲面计算出目标中各像素的高斯曲率和平均曲率,使用曲率代替梯度构造图像特征描述符并建立曲率平面,根据曲率分布的密度将其划分为多个单位区域,对每个单位中的像素使用统计信息来生成稳定的单位统计曲率特征矩阵,通过计算矩阵之间的欧氏距离得到目标的相似性,识别红外图像中待检测的目标;对该算法与现有其它算法对标准图像数据集和实际施工隧道中的栈桥的检测准确率进行对比评价,结果表明,该算法的检测准确率最高,满足了工程上隧道机器人行进中识别栈桥的使用需求.     

3D模型的加权特征点曲率球面调和表达

利用特征点最远距离与特征点曲率的乘积对3D模型定义了对应的球函数,使用全局特征对局部特征的加权值定义了3D模型对应的球函数,然后对此球函数进行调和分析,得到一组平移、旋转、缩放不变的特征描述符,使用此特征描述符进行检索。实验结果表明使用此方法具有较好的检索效果。     

细节保持的曲面浅浮雕算法

为保持曲面浮雕的细节特征,改善浮雕与背景曲面的过渡效果,提出一种细节保持的曲面浮雕算法.首先采用Canny算子在梯度域定位内外轮廓,获得连续的梯度域;其次提出非线性函数,并用其压缩梯度幅值实现形状压缩;再通过双边滤波算子来保持和增强浮雕细节;最终通过求解积分方程重建曲面浮雕.该算法将背景曲面作为积分方程的优化条件,使浮雕在轮廓处向曲面光滑过渡;在重建过程中利用Fourier变换的微分性质在频域实现方程的精确求解,无需设置迭代收敛条件;通过调整参数可方便地控制浮雕整体变化范围、细节锐化程度以及浮雕与背景曲面的过渡效果.实验结果表明,文中算法参数的几何意义直观,所得曲面浮雕细节清晰,边界过渡自然.     

From 2.5D Bas-relief to 3D Portrait Model

In contrast to 3D model that can be freely observed, p ortrait bas-relief projects slightly from the background and is limited by fixed viewpoint. In this paper, we propose a novel method to reconstruct the underlying 3D shape from a single 2.5D bas-relief, providing observers wider viewing perspectives. Our target is to make the reconstructed portrait has natural depth ordering and similar appearance to the input. To achieve this, we first use a 3D template face to fit the portrait. Then, we optimize the face shape by normal transfer and Poisson surface reconstruction. The hair and body regions are finally reconstructed and combined with the 3D face. From the resulting 3D shape, one can generate new reliefs with varying poses and thickness, freeing the input one from fixed view. A number of experimental results verify the effectiveness of our method.     

基于流形调和变换的浅浮雕生成算法

针对利用3D网格生成浅浮雕不能使用精确的网格表示、浮雕细节保持特性依赖于规则采样高度域上分辨率的问题,提出一种基于3D网格频域分析的浅浮雕算法.从信号处理的角度出发,首先利用网格的几何微分性质和拓扑结构通过离散调和变换将网格的深度信号变换到频域;其次提出一种基于几何频率能量的频域划分策略,将频率分割为低频、高频和噪声,再对低频进行线性压缩,利用各项同性的扩散函数对高频进行自适应非线性压缩并过滤噪声,得到信号在频域上一组新的变换系数;最后利用调和逆变换将处理后的频域映射到信号的空域重建浮雕模型.实验结果表明,该算法可通过控制频谱的分割和扩散函数的参数实现浮雕模型细节的增强.     

一种基于局部特征的三维模型检索算法

在基于内容的三维模型检索系统中,特征提取技术是三维模型检索的关键。为此,提出基于局部特征的三维模型检索算法。定义一种新的局部特征描述符：曲度,将其作为三维模型检索时的特征。曲度作为对平均曲率与高斯曲率的校正,在不增加额外计算量的前提下,可同时克服平均曲率对平滑模型的不敏感性和高斯曲率分布较均匀的缺点,更真实地反映三维模型的局部弯曲程度。实验结果表明,以曲度作为特征进行检索,可明显提高检索的查准率,配合全局特征检索时则可在保证查全率的基础上,大幅提高检索的准确性。     

不同类型高度图控制浅浮雕模型生成方法

目的 数字浅浮雕是在平面载体上塑造高低起伏形象的一种造型艺术,具有独特的结构及视觉效果,应用场景极为广泛。为了增加数字浮雕设计的多样性,实现浮雕的风格化应用,提出一种基于高度图的浅浮雕模型生成方法。方法 引入掩模理论,利用掩模操作对待处理的图像进行处理,融合图像处理技术,控制所要生成浮雕不同部位的高度,得到控制浮雕生成效果的高度图,借鉴已有的浅浮雕模型生成方法,利用基于高斯混合模型的滚动引导法向滤波（Gaussian mixture model based rolling guidance normal filtering,GRNF）进行法向分解,基于SfG （surface from gradients）的局部调整和全局重建的方法进行曲面重建,采用拉普拉斯算子及双边滤波器进行去噪平滑处理,最终生成不同高度风格的浅浮雕模型。结果 实验结果表明,本文方法能够生成带有不同视觉效果的浅浮雕模型,通过对细节特征及结构特征相关参数的调整,均能够生成轮廓清晰、细节丰富的浅浮雕模型。结论 本文提出的基于高度图的浅浮雕模型生成方法能够为浅浮雕的多样化设计提供新的思路和方法,在家居装饰行业中有重要的应用价值。     

曲面浅浮雕生成算法

为了在三维网格上快速生成曲面浅浮雕造型,提出一种利用三维模型半自动生成曲面浅浮雕的算法.首先利用图像的边缘检测方法来获取模型在透视场景中的边缘点,并将其与被贴的曲面载体进行位置匹配,获得Poisson方程的Dirichlet边界值;然后对模型高度场的梯度值进行压缩;最后利用确定边界条件的Poisson方程对模型压缩后的梯度场进行求解,还原生成浮雕模型.利用文中算法可以生成贴于曲面上的浅浮雕模型.     

二次联合稀疏表示和低秩近似的浅浮雕优化

目的 针对低质量浅浮雕表面的噪声现象,提出一种二次联合局部自适应稀疏表示和非局部低秩矩阵近似的浅浮雕优化算法。方法 本文方法分两个阶段。第1阶段,将浅浮雕灰度图划分成大小相同的数据块,提取边界块并进行去噪,分别对数据块进行稀疏表示和低秩近似处理。一方面,通过字典学习获得过完备字典和稀疏编码;另一方面,利用K均值聚类算法（K-means）将事先构建的外部字典库划分成k类,从k个簇中心匹配每个数据块的相似块并组成相似矩阵,依次进行低秩近似和特征增强处理。最后通过最小二乘法求解,重建并聚合新建数据块以得到新的高度场。第2阶段与第1阶段的结构相似,主要区别在于改用重建高度场的非局部自身相似性来实现块匹配。结果 在不同图像压缩率下（70%,50%,30%）,对比本文方法与BM3D（block-matching and 3D filtering）、WNNM（weighted nuclear norm minimization）、STROLLR（sparsifying transform learning and low-rank）、TWSC（trilateral weighted sparse coding）4个平滑降噪方法的浅浮雕重建结果,发现BM3D和STROLLR方法的特征保持虽好,但平滑效果较差,WNNM方法出现模型破损现象,TWSC方法的平滑效果比BM3D和STROLLR方法更好,但特征也同时被光顺化。阴影恢复形状法（shape from shading,SFS）是一种基于图像的3D建模法,但是其重建结果比较粗糙。相比之下,本文方法生成的浅浮雕模型更加清晰直观,在浅浮雕的特征增强和平滑去噪方面都展现出更好的性能。结论 本文综合数据块的局部稀疏性和数据块之间的非局部相似性对粗糙的浅浮雕模型进行二次高度场重建。本文方法有效改善了现有浅浮雕模型的质量,提高了模型的整体视觉效果,为浅浮雕的优化提供了新方法。     

三维曲面的特征描述和特征匹配

本文提出了一种新的三维曲面特征描述算法,将二维图像上的特征描述思想推广到三维网格。算法将三维网格表示成从顶点到高斯曲率的映射函数,从而获得可类比于二维图像的相似性。借助于法线和梯度建立局部球坐标系,通过二维统计直方图对特征点邻域的几何信息进行描述,使得特征描述具有平移、旋转和缩放不变性,最终生成128维的特征向量(特征描述符)。基于特征向量,我们实现了多分辨率和异拓扑网格下的特征匹配,展示并分析了实验结果。本文的研究动机来源于三维扫描建模以及多视点三维重建技术中对特征描述和特征匹配的需求,主要的应用方向包括:扫描配准、模型注册、动画跟踪、对称检测和模型检索。     

结合深度图像和强度图像的人脸浅浮雕生成算法

针对单纯基于深度图像压缩方法生成的三维浮雕模型容易存在大量噪声,并且易丢失细节的问题,为了生成特征表达准确且具有艺术美感的人脸浅浮雕,提出一种基于三维深度图像和与之对应的二维强度图像的混合人脸浅浮雕的生成算法.首先对三维深度图像的高度场进行压缩生成浮雕基网格;然后提取二维强度图像的灰度信息、梯度信息和显著度信息,并基于显著度信息对基网格的高度场相应地叠加灰度和梯度信息,以保持脸部五官的细节;最后根据显著度信息使用Laplace算子对网格进行光顺处理,使脸部光滑.实验结果表明,与单纯使用基于深度图像压缩方法相比,文中算法生成的浅浮雕模型可以更好地保持五官的细节特征;与基于图像的浮雕生成方法相比,该算法避免了复杂交互操作,可以更好地保持人脸的整体轮廓和形状.