骨架驱动的三维模型变形方法

为发展三维网格模型的变形技术,研究了多种三维模型变形算法,通过对骨架驱动变形算法的深入研究,针对现行算法多是以单一骨架驱动变形的不足,提出了一种新的基于多骨架点驱动的交互式局部变形方法.有效结合模型的骨架图结构,确定各骨架点对应的局部区域.并将骨架点拟合为二次Bézier曲线,通过交互式拖动任意骨架点计算与之相连的多骨架点的动态变化,实现模型局部区域的自然形变.实验结果表明了该算法的有效性和直观性.     

基于细分的网格模型骨架驱动变形技术

针对传统骨架驱动变形方法中模型细节特征不能得到有效保持的问题,提出一种基于细分的骨架驱动网格模型变形方法。首先,对网格模型待变形区域基于截交线进行局部骨架提取和控制网格构建,分别建立骨架与控制网格以及控制网格所对应细分曲面与待变形模型区域之间的关联关系;然后,将基本函数作用下的自由变形方法应用于骨架变形,通过骨架变形驱动控制网格变形,将变形前后控制网格所对应细分曲面的变化信息转为网格模型泊松梯度场的改变;最后,根据改变后梯度场重建网格模型。实例表明,该变形方法针对不同网格模型均可以得到较好的编辑效果,且细节信息在变形后都得到了有效保持。与传统骨架驱动变形方法相比,该方法除具备交互操作简单直观的优势外,同时能够更好保持变形模型几何细节特征,更为适合具有丰富几何细节的复杂模型的变形编辑。     

基于有限元刚架模型的骨架驱动网格变形算法

借鉴刚架结构在力的作用下的变形原理,将线弹性有限元方法应用于网格的变形设计中,结合骨架驱动生物运动的机制和线弹性有限元方法,提出一种运用形函数插值计算网格变形的造型算法.首先通过创建几何模型的低分辨率骨架建立有限元刚架模型,并计算网格模型顶点与梁单元自然坐标间的映射;然后交互地添加边界条件(如固支或铰支)、施加外部载荷...     

基于骨架的三维网格局部编辑

复杂网格的编辑是三维动画设计的关键技术,已经出现了多种比较成功的方案和算法。在研究了三维网格的骨架生成及其优化方法的基础上,提出了一种基于骨架的局部网格编辑算法。先由用户确定编辑区域,绘出与变形后的骨架相对应的编辑曲线,再根据网格顶点与骨架曲线及编辑曲线之间的对应关系,实现网格结点的平移和旋转等编辑操作。实验证明,该算法的实现具有编辑直观、易于控制等特点,能够很好地应用于网格的局部特征编辑。     

基于骨架的结构化网格编程模型

为了解决网格编程中可编程性和性能之间的冲突,提出一种基于骨架的结构化网格编程模型。将结构骨架的性能预测模型引入到网格编程的早期阶段,使用远程求值的机制进行结构骨架参数的远程传递。实验结果证明,该模型可克服传统方法引起的性能问题,且能有效提高网格软件的开发效率和可重用性。     

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。     

网格模型化简综述

网格模型的化简对于其存储、传输、处理以及实时绘制有着重要的意义.对国内外在这一领域的工作成果进行了较为系统的介绍,并对各方面典型算法的优缺点进行了分析,最后对这一技术的发展进行了展望.     

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.     

骨架引导的网格模型圆柱面参数化

针对传统平面参数化不能直接对零亏格封闭模型参数化,而球面参数化较为适用于形态接近于球体模型的问题,定义了一种超圆柱面的参数域表示,并提出一种渐进的超柱面参数化算法,对于形态接近于圆柱或具有单支简单骨架的网格模型能够提供较小的几何形变;基于此,提出一种骨架引导的网格模型圆柱面参数化方法,能够对具有复杂骨架结构的网格模型实现全局参数化,它通过分块参数化由骨架信息得到的网格模型主体和分支,进而将分支圆柱面参数网格配准、优化并拼接至主体参数网格得到无缝的全局参数网格;对于人体和动物等具有明显骨架结构的网格模型,骨架引导的圆柱面参数化具有较小的几何形变.最后给出了实验结果,并展示了圆柱面参数化在约束纹理贴图中的应用.     

基于骨架关节点约束的交互式局部变形

利用广义元球变形技术,提出一种基于骨架关节点约束的交互式局部变形方法。该方法提取多边形网格模型的骨架关节点并结合模型骨架图结构确定骨架关节点对应的局部区域,计算三维网格点到骨架节点的欧式距离,将约束区域的最大欧氏距离作为约束半径,得到各骨架节点对应的势函数值,通过控制骨架节点的空间位置给出三角形面片点的新坐标位置。实验结果表明,该方法有效保持多边形网络模型的局部特征,并确保了模型变形的直观性和高效性。     

保持几何特征的均值骨架子空间网格变形

骨架子空间网格变形算法(SSD)在许多3D应用程序中被广泛使用,但其预操作烦琐不适合于普通用户,且变形的结果常常会出现拉伸或收缩等不自然现象.提出一种改进的骨架子空间网格变形算法,将SSD与微分域坐标和均值骨架坐标相结合,达到局部几何特征及骨架特征的保持.由于改进的骨架子空间变形算法最终归结为一个线性的能量最小问题,从而达到了操作的实时性.通过实例证明,该算法不但能够实时地生成视觉真实的变形结果,而且应用广泛,适合于普通用户.     

基于Metaball的曲面约束变形模型及应用

结合曲面变形技术和Metaball原理,提出了基于Metaball的曲面约束变形模型,将Metaball的势函数表达曲面变形的约束,用它去作用于待变形曲面,通过调整Metaball势函数的约束中心、作用半径、偏移等参数控制曲面的预期变形效果,利用骨架卷积获得平坦光滑的曲面.讨论了约束关系、单个约束的影响、控制约束的相互影响等问题,并举例说明了这个模型的机理和应用.     

基于格架模型的角点网格生成算法

三维油藏地质建模是石油勘探与开发领域的一个关键技术。该文在参考国外主流地质建模软件的基础上,提出了一种基于格架网格模型的角点网格生成技术,并成功应用到数字化油藏表征软件DIRECT-Mod中,取得了很好的效果。实验结果证明了该算法的有效性。     

高斯曲率约束的MRG骨架提取优化算法

三维模型的骨架保持了模型的拓扑特性,并被广泛应用于模型相似性比较、计算机动画及压缩等领域.根据多分辨率Reeb图的原理,提出了一种基于离散高斯曲率约束的骨架提取优化算法.通过计算网格顶点的离散高斯曲牢判断曲面局部凸凹特性,以获取模型表面的双曲极值点作为约束点;并依据约束点及其邻域的μ函数值产生的分裂线进行区域细分,获得子连通区域、确定关节点、形成优化的骨架结构.实验结果表明,该算法有效地突出了模型的拓扑分支特征以及模型表面的细节,提高了骨架提取的精度和效率.     

基于 Kinect 的拉普拉斯网格形变三维人脸建模

为了快速创建真实感较强的三维人脸模型,提出了基于 Kinect 的拉普拉斯网格形 变建模方法。利用 Kinect 获取彩色和深度图像信息,对深度图像进行双边滤波处理,对彩色图 像进行低层级顶点定位;构建标准三维人脸模型,并为该人脸模型中的顶点建立低、中、高 3 个级别的层级结构,通过低、中层级中顶点的位置关系创建 Sibson 局部坐标约束;利用该约束 构建彩色图像中间层级顶点,并结合深度信息对标准三维人脸模型进行拉普拉斯网格变形,获 得真实感较强的三维人脸模型。实验结果表明,该算法在建模的真实感上得到了提高,与对比 算法相比,在建模时间上得到很大的优化。     

个性化虚拟人体模型骨架生成方法

采用基于自动化骨架匹配和可视化骨架编辑的方法,可以方便地完成个性化的骨架建模．首先定义一个标准的虚拟人骨架模板,通过骨架模板与人的几何模型的自动匹配,得到初始的骨架模型;然后利用可视化的骨架编辑工具,就可以很容易地生成个性化的虚拟人骨架．实验表明：该方法可以快速、简单地生成精确的个性化的骨架模型,方便虚拟人运动显示。     

基于四阶贝塞尔曲线的无人车可行轨迹规划

对于实际的无人车系统来说,轨迹规划需要保证其规划出来的轨迹满足运动学约束、 侧滑约束以及执行机构约束.为了生成满足无人车初始状态约束、目标状态约束的局部可行轨迹,本文提出了一种基于四阶贝塞尔曲线的轨迹规划方法.在该方法中, 轨迹规划问题首先被分解为轨形规划及速度规划两个子问题.为了满足运动学约束、 初始状态约束、目标状态约束以及曲率连续约束,本文采用由3个参数确定的四阶贝塞尔曲线来规划轨迹形状.为了保证转向机构可行,本文进一步采用优化方法求解一组最优参数从而规划出曲率变化最小的轨线.对于轨线执行速度规划,为了满足速度连续约束、加速度连续约束、加速度有界约束以及目标状态侧滑约束,本文首先求解了可行的轨迹执行耗时区间,再进一步在该区间中求解能够保证任意轨迹点满足侧滑约束的耗时,最后再由该耗时对任意点速度进行规划.本文结合实际无人车的应用对轨迹搜索空间生成、道路行车模拟以及路径跟踪进行了仿真实验,并基于实际的环境数据进行了轨迹规划实验.     

基于截线法的快速骨架提取算法

提出了一种快速的骨架提取算法.该方法首先在轮廓离散曲线演化的基础上,根据显著凸顶点的类型将轮廓多边形进行分块,得到一个主分支轮廓和多个水平分支轮廓;然后分别利用水平截线法和垂直截线法提取骨架的主分支和水平分支;最后将水平分支拼接在主分支上,得到完整的骨架.实验结果表明,该骨架提取算法可以得到连通的骨架,并在Kimia数据集上取得了较好的效果.此外,算法在自然图像上的效果也很好,尤其适用于视频中的行人骨架提取.与经典骨架提取算法相比,该算法的时间复杂度较低,可以满足实时处理的要求.