基于径向基函数的三角网格曲面孔洞修补算法

提出一种对三角网格曲面中孔洞的修补算法,在对孔洞多边形进行填补后,使用径向基函数建立孔洞曲面的隐式方程,然后把新增加的三角片顶点映射到曲面上．由于在修补时不仅考虑了对孔洞多边形的三角划分问题,还考虑了孔洞周围的几何信息,使得修补后的孔洞曲面与原始曲面光滑地融为一体,尤其对曲率变化较剧烈部位处的孔洞取得了理想的修补效果．     

基于径向基函数的单级插值隐式曲面重构

研究基于径向基函数单级插值隐式曲面重构问题．探讨基于标准紧支撑径向基函数和变形径向基函数插值的参数求解过程。实验结果表明,该方法能有效地构造隐式曲面。并且插值过程相当快。     

利用Voronoi协方差矩阵重建隐式曲面

目的 针对含少量离群点的噪声点云,提出了一种Voronoi协方差矩阵的曲面重建方法。方法 以隐函数梯度在Voronoi协方差矩阵形成的张量场内的投影最大化为目标,构建隐函数微分方程,采用离散外微分形式求解连续微分方程,从而将曲面重建问题转化为广义特征值求解问题。在点云空间离散化过程中,附加最短边约束条件,避免了局部空间过度剖分。并引入概率测度理论定义曲面窄带,提高了算法抵抗离群点能力,通过精细剖分曲面窄带,提高了曲面重建精度。结果 实验结果表明,该算法可以抵抗噪声点和离群点的影响,可以生成不同分辨率的曲面。通过调整拟合参数,可以区分曲面的不同部分。结论 提出了一种新的隐式曲面重建方法,无需点云法向、稳健性较强,生成的三角面纵横比好。     

三维散乱点云模型的快速曲面重建算法

针对离散点云数据快速重构曲面的问题,提出一种基于紧支径向基函数(CSRBF)的2层隐式函数插值算法.首先在插值前设定一个中心减少阈值,以减少CSRBF的中心点,简化基于CSRBF的线性系统;然后在粗层上通过插值对点云模型进行逼近;再在细层上拟合曲面并对粗、细层曲面求和;最后引入一个正则化参数,将由CSRBF组成的矩阵正则化,处理携带噪声的三维点云模型.实验结果表明,该算法不仅能够简捷地处理含有噪声的三维点云数据,而且能够实现曲面快速重构,最终得到逼真、平滑的曲面模型.     

一类加权有理插值样条曲面及局部约束控制

目的 构造一类新的基于函数值与偏导数值的加权有理插值样条曲面,讨论该样条曲面的相关性质并分析曲面的局部约束控制。方法 一方面,先从x方向构造有理三次插值样条,再从y方向构造二元有理插值样条曲面;另一方面,按相反次序构造另一个二元有理插值样条曲面;最后将两种插值曲面加权得到一类新的有理插值样条曲面。结果 讨论插值曲面的性质,包括基函数、边界性质、积分加权系数的性质以及误差估计。通过选择合适的参数和加权系数,在不改变插值数据的前提下实现对插值区域内的局部约束控制。结论 实验结果表明,新的加权有理插值样条曲面具有良好的约束控制性质。     

改进的曲率滤波强噪声图像去噪方法

目的 医学影像获取和视频监控过程中会出现一些恶劣环境,导致图像有许多强噪声斑点,质量较差。在处理强噪声图像时,传统的基于变分模型的算法,因需要计算高阶偏微分方程,计算复杂且收敛较慢;而隐式使用图像曲率信息的曲率滤波模型,在处理强噪声图像时,又存在去噪不完全的缺陷。为了克服这些缺陷,在保持图像边缘和细节特征的同时去除图像的强噪声,实现快速去噪,提出了一种改进的曲率滤波算法。方法 本文算法在隐式计算曲率时,通过半窗三角切平面和最小三角切平面的组合,用投影算子代替传统曲率滤波的最小三角切平面投影算子,并根据强噪声图像存在强噪声斑点的特征,修正正则能量函数,增添局部方差的正则能量,使得正则项的约束更加合理,提高了算法的去噪性能,从而达到增强去噪能力和保护图像边缘与细节的目的。结果 针对多种不同强度的混合噪声图像对本文算法性能进行测试,并与传统的基于变分法的去噪算法（ROF）和曲率滤波去噪等算法进行去噪效果对比,同时使用峰值信噪比（PSNR）和结构相似性（SSIM）作为滤波算法性能的客观评价指标。本文算法在对强噪声图像去噪处理时,能够有效地保持图像的边缘和细节特征,具备较好的PSNR和SSIM,在PSNR上比ROF模型和曲率滤波算法分别平均提高1.67 dB和2.93 dB,SSIM分别平均提高0.29和0.26。由于采用了隐式计算图像曲率,算法的处理速度与曲率滤波算法相近。结论 根据强噪声图像噪声特征对曲率滤波算法进行优化,改进投影算子和能量函数正则项,使得曲率滤波算法能够更好地适用于强噪声图像,实验结果表明,该方法与传统的变分法相比,对强噪声图像去噪效果显著。     

形状可调插值曲线曲面的参数选择

目的 因大多数插值基函数中的参数都是全局参数,从而导致插值曲线曲面的形状无法进行局部调整。另外,当插值曲线曲面形状可调时,也存在如何选择参数才能获得形状较为理想的曲线曲面的问题,为此给出一种无需反求控制顶点、包含局部形状调整参数、具有显式表达式、能重构部分二次曲线曲面的插值曲线曲面构造方法,同时给出易于使用的形状参数确定方案。方法 基于经典3次Hermite插值曲线的Bernstein基函数表达形式,将其中的Bernstein基换成已证明具有全正性的一组三角基函数,根据三角基的端点性质调整曲线表达式以保证其插值性,然后设定插值数据点处的导向量,在其中引入参数,并保证相邻曲线段之间的连续性,得到了一种新的三角基插值曲线。结果 新曲线可以整理成以待插值数据点为控制顶点与一组插值基函数的线性组合形式,插值基表达式简单,插值曲线含一组局部形状调整参数,一个参数的改变只影响一条曲线段的形状,相邻曲线段之间G¹连续,曲线可以重构椭圆。根据不同目标给出了3种用于确定曲线中形状参数的准则,每种准则都提供了可以直接使用的公式。相应的插值曲面具有与插值曲线类似的性质。结论 形状参数选取准则的给出使含参数插值曲线曲面的设计由随意变为确定,这使得采用本文方法更易于得到满意的结果。本文所给插值基函数的构造方法具有一般性,可以采用相同的思路构造其他函数空间上性质类似的插值基。     

使用局部支撑径向基函数的隐式曲线曲面几何迭代算法

由散乱数据稳定重构曲线曲面,在变分拟插值方法的基础之上,提出了使用局部支撑径向基函数的隐式几何迭代算法.首先,根据给定数据点的法向构造隐式函数的非零约束,构造计算隐函数系数的迭代格式,并讨论其收敛性;然后,在此基础上引入加速因子,对隐式迭代算法进行加速,同时讨论了加速算法的收敛性;最后,为了降低迭代过程空间和时间的复杂度,给出了一种加速算法的改进版本.数值实验表明,使用局部支撑径向基函数的隐式几何迭代算法对曲线曲面重构是有效的,并对部分信息缺失、非均匀分布、带噪声采样数据的重构也达到了较好的效果,且实现简单,易于并行.     

划痕图像的连分式插值修补算法

目的 图像修复在图像处理中起着举足轻重的地位,针对目前大部分图像修补算法在修复划痕时存在纹理修复不够突出的缺陷,提出了两种基于连分式插值的修补算法,可以较好保持图像纹理的特性。方法 该算法基于连分式插值理论,采用图像破损点周围像素信息来插值出破损点的像素值。根据插值函数和插值窗口的不同,提出了两种插值方法,即Thiele型修补算法与Newton-Thiele型修补算法,解决不同纹理类型图像的划痕修补问题,并对插值过程中出现的奇异点问题和平移问题提出了行之有效的解决办法。结果 对大量的划痕图像进行实验测试,并通过主观评价和客观评价进行评估。客观评价包括峰值信噪比（PSNR）和运行时间的比较。相对于目前流行的一些修补方法来说,本文算法有更好的视觉效果,更高的峰值信噪比和更短的运行时间,峰值信噪比为44.79 dB,运行时间为0.53 s。结论 Thiele型修补算法更加擅长处理纹理垂直于划痕的图像,而Newton-Thiele型修补算法适用于复杂纹理的图像。     

基于径向基函数网络的隐式曲线

将径向基函数网络与隐式曲线构造原理相结合,提出了构造隐式曲线的新方法,即首先由约束点构造神经网络的输入与输出,把描述物体边界曲线的隐式函数转化为显式函数,然后用径向基函数网络对此显式函数进行逼近,最后由神经网络的仿真曲面得到物体边界的拟合曲线．实验表明,基于径向基函数网络的隐式曲线具有很强的物体边界描述能力和缺损修复能力．     

点云数据中空洞区域的自动补测算法

通过引入平均误差及平均曲率影响因子,自动计算出补测空洞的影响区域,进而利用影响区域内的数据构造连续曲面并计算出空洞内的数据点．文中算法是一个具有自适应特性的数据补测算法．     

用内法向量与二次误差度量修补三角网格孔洞

为了高效地修复含孔洞的三角网格模型,提出基于内法向量与二次误差度量(QEM)的孔洞修补算法.在识别孔洞边界之后,计算边界点的凹凸性与对应夹角角度,并利用最小角-曲率原则寻找最优修补点;根据三角形生成原则以及内法向计算方法生成新的三角形完成粗修补;最后利用二次型误差滤波函数对粗修补的网格进行优化处理.在VisualStudio2013环境下,对不同种类的含孔洞模型,利用提出算法以及孔洞修补经典算法进行实验,结果表明,文中算法修补的网格质量优于对比算法.     

Poisson Surface Reconstruction with Envelope Constraints

Reconstructing surfaces from scanned 3D points has been an important research area for several decades. One common approach that has proven efficient and robust to noise is implicit surface reconstruction, i.e. fitting to the points a 3D scalar function (such as an indicator function or signed-distance field) and then extracting an isosurface. Though many techniques fall within this category, existing methods either impose no boundary constraints or impose Dirichlet/Neumann conditions on the surface of a bounding box containing the scanned data. In this work, we demonstrate the benefit of supporting Dirichlet constraints on a general boundary. To this end, we adapt the Screened Poisson Reconstruction algorithm to input a constraint envelope in addition to the oriented point cloud. We impose Dirichlet boundary conditions, forcing the reconstructed implicit function to be zero outside this constraint surface. Using a visual hull and/or depth hull derived from RGB-D scans to define the constraint envelope, we obtain substantially improved surface reconstructions in regions of missing data.     

A sharpness-dependent filter for recovering sharp features in repaired 3D mesh models

This paper presents a sharpness-based method for hole-filling that can repair a 3D model such that its shape conforms to that of the original model. The method involves two processes: interpolation-based hole-filling, which produces an initial repaired model; and post-processing, which adjusts the shape of the initial repaired model to conform to that of the original model. In the interpolation-based hole-filling process, a surface interpolation algorithm based on the radial basis function creates a smooth implicit surface that fills the hole. Then, a regularized marching tetrahedral algorithm is used to triangulate the implicit surface. Finally a stitching and regulating strategy is applied to the surface patch and its neighboring boundary polygon meshes to produce an initial repaired mesh model, which is a regular mesh model suitable for post-processing. During post-processing, a sharpness dependent filtering algorithm is applied to the initial repaired model. This is an iterative procedure whereby each iteration step adjusts the face normal associated with each meshed polygon to recover the sharp features hidden in the repaired model. The experiment results demonstrate that the method is effective in repairing incomplete 3D mesh models.     

网格修补的特征配准方法

目的 网格重建和编辑会产生几何特征缺失的模型,填补这些空洞具有重要的意义。为了克服复杂曲面修补中网格融合难以配准的问题,提出了环驱动球坐标结合基于曲率及法向ICP(iterative closest point)迭代配准的网格修补方法。方法 首先用户查找合适的源网格面片放入空洞处周围;然后对目标网格空洞环建立B样条曲线,将带修补网格包边界置于B样条曲线上,构架环驱动球坐标,将源网格变形初步配准目标网格空洞周围领域;最后使用Laplacian光顺并基于网格曲率及法向进行ICP迭代配准,使源网格与目标网格光滑拼接融合。结果 该方法能够有效修补网格空洞缺失的细节特征,并且拼接处光滑连续。 结论 环驱动球坐标配准避免了网格变形的包围网格笼子构造,再通过ICP迭代精确配准网格,和以往的网格修补方法相比,该方法能够很好地修补网格空洞处细节特征。     

A triangulation-based hole patching method using differential evolution

In this work, a new hole patching method (namely as, HPDE) is proposed to repair the damaged or ill-scanned three dimensional objects in real engineering applications. Our method differentiates from other related algorithms mainly on the following three aspects. Firstly, our algorithm sufficiently utilizes the point information around the considered hole for each prediction by constructing point correspondences on both sides of the boundary curve of the hole; secondly, the missing points in the hole region are predicted by the algorithm of differential evolution (DE), which is used to obtain the topological and geometrical structures of the mesh in the hole region; thirdly, operations of mesh optimization are adopted for improving the quality of the obtained triangulation mesh. Numerical results on kinds of holes with complex shape and large curvature, and a comparison with two recently proposed algorithms verify the effectiveness of the algorithm, further experiments on the noisy data points illustrate the robustness of the algorithm against noise.     

A piecewise hole filling algorithm in reverse engineering

While scanning a complex part in reverse engineering, it is not possible to acquire all part of the scanned surface. Data are inevitably missing due to the complexity of the scanned part or imperfect scanning process. Missing scanned data cause holes in the created triangular mesh, so that a hole-free mesh model is prerequisite for fitting watertight surfaces. Although a number of hole filling algorithms have been investigated, they enable to fill holes only on the smooth regions of a model. They are not always robust in the regions of high curvature. This paper proposes a novel methodology that can automatically fill complex polygonal holes with a piecewise manner. It incrementally splits a complex hole into several simple holes with respect to the 3D shape of the hole boundary, and then it consecutively fills each divided simple hole with planar triangulation method until the entire complex hole is firmly closed. Finally smoothing and subdivision techniques are applied for enhancing the hole triangles. The newly created vertices and triangles are added to their respective lists and the topology information is updated. The method has proven to be robust and effective from the result of test with a variety of complex holes. Examples are given and discussed to validate the methodology.     

基于BP神经网络的隐式曲线构造方法

隐式曲线与曲面是当前计算机图形学研究的热点之一。通过把BP神经网络与隐式曲线构造原理相结合，提出了一种构造隐式曲线的新方法，即首先由约束点构造神经网络的输入与输出，把描述物体边界曲线的隐式函数转化为显式函数；然后用BP神经网络对此显式函数进行逼近；最后由仿真曲面得到物体边界的拟合曲线。该新方法不同于传统的对显式函数的逼近方法，因为传统方法无法描述封闭的曲线；也不同于基于优化的拟合隐式曲线方法，因为它无须考虑函数的形式或多项式的次数。实验表明，该新方法有很强的物体边界描述能力和缺损修复能力，因而在物体边界重建、缺损图像复原等领域有一定的应用前景。