曲率约束的隐式曲面三角网格化

提出一种有效的隐式曲面三角网格化算法。从隐式曲面上的一个种子点开始,生成网格的边界作为扩张多边形,且该多边形最小角对应的顶点为扩张点,计算从扩张点处欲生成的三角网格,为了防止新生成的三角网格和已经存在的三角网格重叠,要进行冲突检测。在隐式曲面三角网格化的过程中,扩张多边形是不断变化的,需要重复上述步骤,直至没有扩张多边形时结束。该算法分别应用于解析隐式曲面和变分隐式曲面的三角网格化。实验结果表明,该算法不需要重新网格化的步骤,生成的三角网格具有较高的质量,且三角网格随曲率适应性变化,因此说明了该算法的有效性。     

保测地曲率的曲面曲线设计

给出一种在给定光滑曲面上进行曲线设计的算法．由于曲面上曲线的曲率向量可分解为测地曲率向量与法曲率向量的和,故可以通过设计平面源曲线,并将这条源曲线保测地曲率对应到给定曲面上,得到一条测地曲率和平面源曲线的曲率相同的目标曲线．取给定曲面上一点为初始点,逐次迭代跟踪得到整条目标曲线．该算法既可以用来进行曲面上的图案设计,也可用于求解光滑曲面上的测地线。     

任意曲面的三角形网格划分

把曲面分为可展曲面和不可展曲面，对可展曲面用曲面展开算法展成平面，对不可展曲面用曲面分割算法转化成平面片，在平面上运用Ｄｅｌａｕｎａｙ三角划分法进行网格划分，然后把网格节点反映射到曲面上，从而实现任意曲面的三角形网格划分。     

基于矩形网格追踪法的曲面主曲率等值线生成算法*

针对自由曲面在展开平面上的主曲率等值线生成问题,提出一种基于矩形网格追踪算法的等值线生成算法。利用面积坐标方法将曲面上的点及其极值曲率映射到优化展开平面上,在展开平面上采用遍历法得出等值点序列;利用矩形网格追踪法将等值点序列划分为连续无交叉的开等值线或连续封闭的闭等值线。最后以直纹面、锥形面和自由曲面为算例分别对算法进行计算验证,并与线性插值三角网格法进行对比。计算结果表明,基于矩形网格追踪的等值线生成算法具有计算速度快、精度高的特点。     

基于力学模型的曲面展开通用算法

为了解决曲面展开算法实现复杂、累积误差和通用性不佳的缺点,提出一种在三维空间内基于能量模型的曲面展开算法,待展开的曲面以三角网格形式表示,将曲面简化为三角网格的顶点组成的质点系统,通过在每个质点上加上适当的力使得三角网格产生相应的变形,达到将曲面展开的效果.与现有算法相比,该曲面展开算法适用于任意形状曲面,不需要使用投影平面,整个变形完全由网格顶点受力来驱动,便于实现、适用面广、对于不可展曲面也能得到较好的展开效果,而不会出现裂纹现象.     

三维曲面的浮雕细节层提取方法

浮雕是在曲面上雕刻出凹凸起伏物体细节的一种雕塑,近年来受到许多人的关注.人们希望运用电脑技术将三维浮雕呈现在屏幕中,并对其进行再创作.在对浮雕进行分析前,很重要的一个问题是将浮雕细节部分从背景曲面中提取出来.该问题可以被看作曲面分割问题,但是现有的大部分方法都有其局限性,即对于带有细节的浮雕曲面并不能很好地提取出浮雕细节网格.使用迭代求解的手段能够更加准确地估计背景曲面,即基曲面的位置,从而能够更加准确而自动地提取出浮雕细节层网格.通过实验表明,该方法对于基曲面占优的浮雕网格具有很好的提取效果.     

一种大规模散乱数据自适应压缩与曲面重建方法

针对大规模散乱数据点云,提出了一种基于曲率与距离的三角网格抽样方法。算法既能保证所生成网格曲面中每个三角片具有较好的形状,又能较鲜明地刻画曲面的细节特征。同时还能将原先规模较大的点云压缩到事先可控的数量上,是一种简单高效的自适应压缩和曲面生成方法。     

残缺网格模型的快速B样条曲面重建

针对残缺的三角网格模型,提出一种将网格模型的散乱数据点转化为有序阵列点再进行B样条曲面快速重建的算法.首先确定最小二乘平面上的一个矩形参数域,再构造出一个平面阵列点列,并部分映射到三维网格上;然后利用空间阵列点的邻域信息估计4个角点的空间坐标,并构造径向基函数曲面,用于补充空间阵列点列中残缺的数据;最后利用有序点列拟合的高效性构造B样条曲面.实验结果表明:该算法速度快、拟合精度高、鲁棒性强,重建的曲面具有良好的光顺性和可延伸性,适用于逆向工程中对经过数据分割后的网格模型的自由曲面重建.     

曲面的自适应三角网格剖分

在传统的映射法基础上 ,采用自适应三角网格加密法能有效地处理带有特征约束条件的任意曲面的三角剖分问题 .在平面三角化算法中对环边统一处理 ,并且采取了一种简单有效的曲率估算方法 ,提高了运行效率 ;并在保持外观的基础上进行了网格质量的优化     

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。     

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.     

Rolling on a smooth biparametric surface

In this paper we present a method to calculate the rolling of a rigid convex object on a smooth biparametric surface where a single contact point is maintained during the animation. The object's motion is computed using a prediction-correction schema. The prediction computes the motion of the object rolling on the tangent plane at the current contact point. The next contact point is obtained by projecting the predicted point onto the curved surface. A correction is made according to the local surface curvature. An algorithm which calculates the initial contact point between the surface and the object is given. The rolling of a ball is presented as an example.     

High Reliefs from 3D Scenes

We present a method for synthesizing high reliefs, a sculpting technique that attaches 3D objects onto a 2D surface within a limited depth range. The main challenges are the preservation of distinct scene parts by preserving depth discontinuities, the fine details of the shape, and the overall continuity of the scene. Bas relief depth compression methods such as gradient compression and depth range compression are not applicable for high relief production. Instead, our method is based on differential coordinates to bring scene elements to the relief plane while preserving depth discontinuities and surface details of the scene. We select a user‐defined number of attenuation points within the scene, attenuate these points towards the relief plane and recompute the positions of all scene elements by preserving the differential coordinates. Finally, if the desired depth range is not achieved we apply a range compression. High relief synthesis is semi‐automatic and can be controlled by user‐defined parameters to adjust the depth range, as well as the placement of the scene elements with respect to the relief plane.     

基于水平集的不规则透明表面缺陷检测设计

针对图像采集中,缺陷的灰度值和背景几乎不可区分,导致图像的低对比度的问题,目前,常规的表面缺陷检测图像预处理中常用阈值化和边缘检测技术,易出现漏检现象,即不适用于检测不规则表面边界处的细微瑕疵.为解决这一问题,从低对比度透明材料图像的非高斯统计特性出发,研究提出利用水平集智能分割具有复杂形状的目标对象,并利用小波变换进行缺陷特征提取的高效的智能缺陷检测方法.测试表明,所提出的基于水平集和小波变换的不规则表面缺陷检测系统的有效性,克服了检测区域边缘处的漏检缺陷问题.     

点模型的几何图像简化法

提出一种基于几何图像的曲率自适应点模型简化算法.首先将点模型的球面极坐标映射到平面上,构造其几何图像;然后利用几何图像确定点模型中点的k-最近邻域及其曲面变分;最后结合曲面变分和简化密度对点集曲面重采样,并通过移动最小二乘曲面评估简化的误差.实验结果表明,该算法执行速度快、易于控制采样密度和保持曲面细节,且能够生成高质量的简化曲面.     

基于GPU的球面深度图实时绘制

提出了一种GPU加速的实时基于图像的绘制算法.该算法利用极坐标系生成对物体全方位均匀采样的球面深度图像;然后根据推导的两个预变换公式将单幅球面深度图像预变换到物体包围球的一个与视点相关的切平面上,以生成中间图像;再利用纹理映射生成最终目标图像.利用现代图形硬件的可编程性和并行性,将预变换移植到Vertex Shader来加快绘制速度;利用硬件的光栅化功能来完成图像的插值,以得到连续无洞的结果图像.此外,还在Pixel Shader上进行逐像素的光照以及环境映射的计算,生成高质量的光照效果.最终,文章解决了算法的视点受限问题,并设计了一种动态LOD(Level of Details)算法,实现了一个实时漫游系统,保持了物体间正确的遮挡关系.     

Relief texture from specularities

In vision and graphics, advanced object models require not only 3D shape, but also surface detail. While several scanning devices exist to capture the global shape of an object, few methods concentrate on capturing the fine-scale detail. Fine-scale surface geometry (relief texture), such as surface markings, roughness, and imprints, is essential in highly realistic rendering and accurate prediction. We present a novel approach for measuring the relief texture of specular or partially specular surfaces using a specialized imaging device with a concave parabolic mirror to view multiple angles in a single image. Laser scanning typically fails for specular surfaces because of light scattering, but our method is explicitly designed for specular surfaces. Also, the spatial resolution of the measured geometry is significantly higher than standard methods, so very small surface details are captured. Furthermore, spatially varying reflectance is measured simultaneously, i.e., both texture color and texture shape are retrieved.     

低空目标的多级图像投影检测方法

为解决地面背景干扰和雨天弱小目标难以检测的问题,提出一种低空目标多级图像投影检测算法。首先,分析地面背景与天空区域在图像中的分布位置以及灰度特征,根据水平灰度投影的阶跃变化将图像分割为天空区域和地面背景区域两部分;然后,由天空区域图像的水平和垂直投影一阶差分极大值截取目标所在的水平和垂直带状区域,分别计算水平带状区域的垂直灰度投影和垂直带状区域的水平灰度投影,并根据它们的一阶差分极大值点确定两组候选目标位置坐标;最后,验证获取的两组目标坐标,并计算目标位置坐标。实验结果表明:所提算法能检测出具有复杂地面背景的低空目标,也适用于雨天弱小目标的检测;该算法的速度较快,满足视频图像处理的实时性要求。     

基于视觉显著性的水面垃圾目标检测

针对实际水面复杂环境提出了一种基于视觉显著性的水面垃圾目标检测算法。首先对输入图像进行超像素分割,在CIELab、RGB和HSV颜色空间中提取超像素级的显著性特征,然后使用随机森林回归器将显著性特征进行融合得到疑似显著性图,并使用自适应阈值分割得到疑似二值显著性图,最后使用MLP分类器对原始图像中的疑似垃圾目标区域进行判别,去除水波、倒影和反光的干扰,最终检测出水面的垃圾目标。实验结果表明所提基于视觉显著性的水面垃圾目标检测算法的性能优于其他水面目标检测算法。