三维网格模型的快速拓扑重建算法

为了提高重建三维网格模型拓扑的速度,选择半边结构作为表示实体模型拓扑关系的结构模型,设计了新的用于加快顶点合并的索引方法。在顶点合并时直接定位到欲查找的顶点位置上,无须借助AVL等辅助查找表。拓扑重建的时间复杂度由原来的O(n log n)降低至O(n)。通过SMF格式文件进行的测试结果表明,在普通PC上重建含有10万个三角面片模型的拓扑结构也只需1s。     

离散曲率约束的三角网格模型拓扑分割算法

针对三角形网格模型简化中保持细节特征的要求,提出了依据离散曲率划分三角网格顶点的特性,并结合区域增长法自适应地确定拓扑分支的优化算法.每个顶点根据其相邻面片顶点的曲率值划分属性区域,并在区域生长过程中重复选择K-ring碟形区域中具有相似属性值的顶点作为种子.为了有效地探索凸凹形状区域,以曲率极值点作为初始点,提出了有效的区域增长及合并的策略,突出了模型的局部特征和拓扑结构.最后通过一系列实验验证了该算法的快捷性.     

应用哈密顿回路的三角网格拓扑压缩

为进一步优化三角网格的拓扑编码压缩率,提出一种高效的三角网格无损拓扑压缩算法.与已有的拓扑压缩算法对三角网的遍历顺序不同,该算法沿哈密顿回路对网格进行以面为单位的拓扑压缩,可以仅用HETS共4种操作符表示原始网格的拓扑信息,降低了操作符序列的熵;此外,利用序列中各操作符的相互关系对操作符成对进行组合熵编码,缩短了操作符序列的长度,实验结果表明,较当前各类拓扑压缩算法,文中算法处理各种三角网格模型获得的压缩率有很大降低,     

面向CAE 的STL 模型三角网格均匀化

提出了一种基于STL数据的有限元网格再生成算法,该算法主要用于CAE工程分析.鉴于CAD模型的网格特征形态不匀称,分布不均匀的特点,对CAD模型进行网格再生成,使其符合CAE工程分析的要求.算法主要由拓扑建立、网格聚类、网格重采样和三角化四部分组成.实验表明该算法能够有效降低三角网格最长边和最短边的比值,使得模型的网格特征形态趋于均匀.     

基于三角网格模型的心脏超声图像三维表面重建

心脏超声图像三维表面重建方法的研究对心血管疾病诊断有重要意义,传统方法受医学超声图像噪声影响较难获得准确的表面重建结果。本文研究提出三角网格模型,通过对初始三角网格进行形变,逐渐逼近目标腔体边缘,实现三维表面重建。本文方法重建后的三维表面整体形态上较接近真实心脏腔体,本文方法为心脏超声图像三维表面重建开辟了一条新的途径。     

三角网格模型骨架提取算法

骨架图能够直观表达三维模型几何形状,很好地反映模型的拓扑特征,在工业机器人抓取、特征识别等领域有着广泛的应用。针对三角网格表达的工业零件给出一种骨架提取算法,该算法采用Reeb图对三角网格进行骨架的抽取运算。首先读取三角网格文件,并对复杂的三角网格进行简化处理,然后遍历所有的三角网格,采用Dijkstra算法抽取基本点集,根据定义的连续函数计算每个顶点的函数值,最后根据函数值得出模型的基本骨架。实验表明,该算法具有良好的计算效果和效率,提取出的骨架图较好地保存了三维模型拓扑结构和姿态,可作为后续研究三维模型搜索的特征描述符。     

一种基于散列函数的三角面片拓扑快速建立算法

在三维GIS系统中经常要处理一些复杂的对象,当用三角面片来近似表达真实对象时,为了有效地对三角形进行各种处理,往往需要建立三角面片之间的拓扑关系。针对这一问题,文章提出了一种基于散列函数的快速三角面片拓扑关系建立的算法。     

三角网格文件OFF的格式分析及OFF到STL的转化

OFF文件格式是一种用三角网格描述三维模型的常用格式之一,对OFF文件格式的详细分析研究是读取、显示及操作OFF文件的前提条件.针对目前OFF文件的简单分析及处理没有形成一定系统的规范和思路这一问题.以Visual C++6.0为开发平台;以MFC为基础进行可视化界面设计;利用C++语言的标准IO库实现对OFF文件进行读取和写入操作;应用OpenGL编程技术实现对OFF文件的显示;建立OFF文件的读取和显示系统,通过实验验证读取和显示效果,并利用格式转化算法完成OFF文件到STL文件的转换.     

三角网格模型的特征线提取

在反求工程中，散乱数据点云的曲面重构常采用三角网格模型，若将其转换成曲面实体模型则有更广泛的应用，从三角网格模型中提取特征线是转换过程中的重要步骤．在讨论反求工程中数据点云分块方法的基础上，采取“基于边”的方法来提取特征线：先提取特征点，再连接成特征线．根据相邻三角片的法矢夹角和各点主曲率是否为极值，分两次提取特征点，利用三角顶点加权和均匀化等方法减少狭长三角片对特征点提取的计算误差影响，再将特征点分组连接成B样条曲线．文中算法的结果可为B样条曲面分片拟合和建立B-rep曲面实体模型提供依据。     

STL格式文件的快速拓扑重建算法

针对立体光刻(STL)文件所表示的图形要素之间缺乏必要的拓扑关系,对STL格式文件进行分析和读取,以哈希表作为查找表快速建立三维模型各要素间的拓扑关系,建立能表示要素关系的点表和面表,利用基于哈希表的拓扑重建算法实现了拓扑结构的快速建立, 算法时间复杂度仅为O(n), 空间复杂度为O(3n+(4+m)f+m)。最后,列举5个实例进行验证测试,实验结果显示,与直接算法和红黑树法相比,所提出的算法用时更少,在普通计算机上重建含有65万个三角面片模型的拓扑结构只需2.3s。     

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。     

离散三角网格模型顶点法矢量估算

提出一种新的三角网格模型顶点法矢估算方法,采用以三角网格顶点一阶邻域三角形的形状因子与顶点到三角形质心距进行综合加权的方法。同时指出：在同等三角网格曲面,随着三角网格划分精度的提升,网格顶点法矢估算精度有增大趋势;在同等网格划分精度条件下,对于平均曲率小以及平均曲率变化率小的三角网格模型,其网格顶点法矢估算精度也有增大趋势。实例计算和误差分析表明,该方法的计算结果更为精确合理。     

基于代价函数三角网格模型动态简化的研究

模型简化是解决复杂三维模型存储、传输、实时绘制与硬件处理能力的局限性之间矛盾的主要方法。介绍了三角网格模型简化相关技术和算法。目前基于边折叠的三角网格模型简化算法边折叠计算复杂,没有有效进行动态简化,结合Garland的二次误差度量算法和Hoppe的累进网格算法,提出了基于代价函数的三角网格模型动态简化算法。     

基于局部—全局方法的三角网格优化算法

在基于网格形变的图像缩放算法中,表示图像的网格质量对于这类算法的结果有着很大的影响。为了改善图像网格质量,提出一种基于局部—全局方法的平面三角网格优化算法。在局部阶段利用自定义的最相似规则,为网格中的每一个三角形单元求取与之最相似的正三角形,得到一组目标仿射变换函数;全局阶段采用尽可能刚性方法,利用最小二乘法求取一组满足最小变形能量函数的最优解,使得最终生成的网格由尽可能相似于正三角形的三角形构成。同时,在优化过程中加入约束控制,保护网格中的重要区域不发生改变。实验结果表明,优化后的网格质量得到了明显的改善,有助于图像缩放算法后续工作的进行。     

基于区域分割的三角网格模型相似性比较

为了在工程应用中检索已有的三角网格模型,以便重用相应零件的设计信息,节省设计和加工成本,提出一种基于区域分割技术的三角网格模型相似性比较算法。依据三角网格模型的球面图像将模型分割为若干个区域;对每个分割得到的区域用一个10维向量表达其形状的几何特征和拓扑特征,一个三角网格模型的特征即可通过各分割区域所对应的10维向量组成的向量组表达;将该向量组作为三角网格模型的形状描述子,两个三角网格模型的相似性可通过相对应的形状描述子间的相似性表达。将描述子中的每个向量看成是一个带有属性的节点,通过两组节点组成的完全二分图的最优匹配进行两个形状描述子之间的相似性比较,实现两个三角网格模型之间的相似性比较。实验结果表明,该算法有效可行。     

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.     

三角网格模型分治加工中区域分割算法的研究

提出分治加工策略以保证复杂三角网格模型数控加工同时具有较高的加工效率和加工精度;针对分治加工的需求,提出一种将机械零件三角网格模型分割成具有加工意义区域的算法。算法采用半边数据结构,基于区域生长原理,以二面角结合刀轴矢量为区域生长的驱动信号,实现了三角网格模型内子加工区域的快速分割。为了避免过分割现象,实现了小区域或误判区域的优化合并处理算法。运行实例表明了该算法能够有效实现加工模型的区域分割。     

基于STL文件的Laplacian网格优化算法

针对直接重构得到且以STL文件格式存储的网格模型质量不高的问题, 提出了一种基于Laplacian坐标的网格模型全局优化算法。该算法在提高三角面片质量的同时可以很好地保持原网格模型的局部几何特征, 其核心思想是通过在最小二乘意义下求解由权重控制的包含顶点位置和拉普拉斯坐标双重约束的线性系统来对网格顶点进行重新定位。从实验结果可以看出, 该算法较以往的Lapacian优化算法在对网格细节特征的保持上有一定优势。