综合平均曲率与网格边的特征线提取方法

随着数字几何获取技术的发展,大量的复杂形体采用网格模型表示。而网格模型的特征线或特征边缘的识别和提取是后续开展几何和特征识别的基础工作,为此提出一种综合平均曲率与网格边的三角网格模型特征线提取方法。分两次提取:首先利用三角面片法矢夹角大小对模型中的尖锐边进行初次提取特征点;然后综合平均曲率与网格边的关系对特征点进行二次提取;最后用两次提取边的顶点作为特征点,进行分类分组处理拟合成特征线。经过实例验证,该算法可以快速地提取尖锐边和过渡边等,具有很好的提取效果。     

STL三角形网格模型曲面特征边的提取

针对STL网格模型曲面特征边识别困难的问题,提出一种基于边和面的特征边提取方法。首先遍历网格模型,自适应地获取二面角阈值并根据该阈值识别显性特征边;然后利用最小二乘法估算曲面上顶点的平均曲率,由此计算出三角形面片的近似曲率,并利用相邻三角形的曲率差值来判别其公共的隐性特征边是否为特征边,最后采用改进的断点处特征边提取算法形成完整的特征边界。实验结果表明该方法能够有效地提取STL网格模型曲面网格的特征边,具有很好的鲁棒性。     

一种新的边折叠网格模型简化算法

在边折叠简化方法的基础上,提出一种用体积变化的平方作为误差度量的三角网格简化算法。算法中引入三角形法向约束因子的概念,并把它嵌入到边折叠误差矩阵中;能够自适应地分配简化网格的疏密,保持更多的模型几何特征。实验表明,该算法简化误差低,模型视觉质量高,简化效果较好。     

基于局部区域面积度量的边折叠简化算法

目前提出的网格简化算法中,边折叠简化方法是一种主要的简化方法,在网格压缩、多细节层次模型生成、递进网格构造中得到了广泛的应用.本文在基于边折叠算法基础上引入局部区域面积度量方法,将其应用到折叠代价计算中,改变边折叠顺序以进行网格简化.实验表明,算法不仅能有效地保留原始网格的模型特征和视觉特征,速度更快而且能够合理地分配三角面片.     

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.     

三维模型孔洞修补方法的研究

针对三维模型中带有各种原因造成的孔洞, 为后续的模型分析操作带来困难, 提出了一种基于曲率特征的三维模型孔洞修补方法。其基本思想是利用波前法对孔洞进行快速填充获得初始的修补网格, 再运用网格优化的技术依据孔洞边界点的曲率特征对初始网格进行调整。首先根据邻接三角形中边界边的性质识别出孔洞的边界, 然后使用波前法和三角形顶点的夹角关系完成孔洞的初始填充, 接着结合曲率标准对孔洞网格进行细化, 最后对修补孔洞的网格顶点进行几何形态的调整, 使其与周围网格自然过渡。实验表明该算法简单、稳定, 可以完成不同类型的孔洞修补。     

行文工整的甲骨拓片文字特征提取算法研究

针对行文较工整的甲骨拓片,通过对现有的粗网格特征提取算法与点特征提取算法的研究与改进,提出一种新的网格点特征提取算法。该算法将点特征引入到粗网格特征中,把绝对地址变成相对地址,将点特征网格化,并将位置关系融入特征向量。使这两种算法互为补充,相得益彰,大大提高了识别效果。网格点特征提取算法,对行文工整的现代汉字的手写体文书的识别效果也很好。     

采用张量投票理论的三角网格特征边提取算法

识别与提取模型几何特征在几何模型的编辑处理中起着重要作用,然而大多数已有算法在处理质量较差的三角网格模型时往往会失效,为此提出一种基于张量投票理论的特征边提取算法.首先根据张量投票矩阵特征值分布与顶点几何特征之间的对应关系对顶点进行分类;采用断点连接方法来保证顶点分类过程中能够正确地区分平滑特征上的边点及角点;根据顶点的类别结果进行区域增长,并提取区域增长后的边界,从而得到网格特征边.实验结果表明,文中算法对大多数模型可靠有效,能够处理网格分布不均匀,以及含有狭长三角形或含有孔、缝的模型,处理有噪声的模型也能达到较好的效果.     

两步平滑的尖边恢复新算法

提出了一个简单的,能有效去除噪声,并且能很好保持网格特征的尖边恢复算法.该算法先通过两步滤波网格平滑,去除噪声;然后通过二面角识别出平滑区域和非平滑区域,借助定义动态三角形并将其细分,最后计算相邻的三角形的法矢量,以此来确定插入顶点的坐标.处理后能明显降低L2的误差.在该算法里,主要提出了一个动态三角形的概念.由于有了动态三角形的帮助,该算法能够较好的鉴别出尖边,并对尖边进行恢复,实验结果表明了算法的有效性.     

基于联合两种特征的手写体维文字符识别

提出一种联合两种特征的手写体维文字符识别算法。该算法对手写体维文字符图像进行实值Gabor能量特征和方向线素网格特征的提取,将实值Gabor滤波器的128维能量特征和方向线素的128维网格特征结合起来,使用KNN分类器对两种特征进行联合分类。对手写体维文字符数据库中的样本分别进行手写体维文字符特征识别和维文字符笔迹特征识别。实验结果表明,和采用一种特征的识别算法比较,进一步提高了手写体维文字符的识别率。该算法也可用于手写体阿拉伯文字符的识别。     

结合边折叠和局部优化的网格简化算法

针对目前网格简化算法在将三维模型简化到较低分辨率时,网格模型的细节特征丢失、网格质量不佳的问题,提出一种保持特征的高质量网格简化算法。引入顶点近似曲率的概念,并将其与边折叠的误差矩阵结合,使得简化模型的细节特征在最大限度上得到保持。同时分析简化后三角网格的质量,对三角网格作局部优化处理,减少狭长三角形的数量,提高简化模型的网格质量。使用Apple模型和Horse模型进行实验,并与一种经典的基于边折叠的网格简化算法以及其改进算法之一进行对比。实验结果显示,两种对比算法三角网格分布过于均匀,局部细节模糊不清,而所提算法的三角网格在曲率大的区域稠密,在平坦处稀疏,细节特征清晰可辨;简化模型的几何误差的数量值与两种对比算法处于同一数量级;所提算法的简化网格的平均质量远高于两种对比算法。实验结果表明,在不扩大几何误差的情况下,所提算法不仅具有较强的细节特征保持能力,而且简化模型的网格质量较高,视觉效果较好。     

基于特征的图像网格生成方法

基于网格形变的图像缩放算法是目前的一个研究热点。适当的图像网格表示是这类算法成功的关键之一。提出一种基于图像特征的三角形网格生成算法。提取图像分割形成区域的边缘特征点,与图像四条边界上均匀分布的点一起,作为改进的Dart-throwing算法的初始点集。用距离变换计算每个像素到最近边缘线的距离,作为Dart-throwing算法的控制参量;所生成的网格点集接近边缘线时密集,远离边缘线时稀疏。最后用Delaunay算法形成图像的三角形网格表示。实验结果表明,所生成的三角网格较好地体现了图像的结构特征,并且有效减少了网格点数目,有利于提高后续算法的处理效率。     

Efficiently computing exact geodesic loops within finite steps

Closed geodesics, or geodesic loops, are crucial to the study of differential topology and differential geometry. Although the existence and properties of closed geodesics on smooth surfaces have been widely studied in mathematics community, relatively little progress has been made on how to compute them on polygonal surfaces. Most existing algorithms simply consider the mesh as a graph and so the resultant loops are restricted only on mesh edges, which are far from the actual geodesics. This paper is the first to prove the existence and uniqueness of geodesic loop restricted on a closed face sequence; it contributes also with an efficient algorithm to iteratively evolve an initial closed path on a given mesh into an exact geodesic loop within finite steps. Our proposed algorithm takes only an O(k) space complexity and an O(mk) time complexity (experimentally), where m is the number of vertices in the region bounded by the initial loop and the resultant geodesic loop, and k is the average number of edges in the edge sequences that the evolving loop passes through. In contrast to the existing geodesic curvature flow methods which compute an approximate geodesic loop within a predefined threshold, our method is exact and can apply directly to triangular meshes without needing to solve any differential equation with a numerical solver; it can run at interactive speed, e.g., in the order of milliseconds, for a mesh with around 50K vertices, and hence, significantly outperforms existing algorithms. Actually, our algorithm could run at interactive speed even for larger meshes. Besides the complexity of the input mesh, the geometric shape could also affect the number of evolving steps, i.e., the performance. We motivate our algorithm with an interactive shape segmentation example shown later in the paper.     

An approach to automated decomposition of volumetric mesh

Mesh decomposition is critical for analyzing, understanding, editing and reusing of mesh models. Although there are many methods for mesh decomposition, most utilize only triangular meshes. In this paper, we present an automated method for decomposing a volumetric mesh into semantic components. Our method consists of three parts. First, the outer surface mesh of the volumetric mesh is decomposed into semantic features by applying existing surface mesh segmentation and feature recognition techniques. Then, for each recognized feature, its outer boundary lines are identified, and the corresponding splitter element groups are setup accordingly. The inner volumetric elements of the feature are then obtained based on the established splitter element groups. Finally, each splitter element group is decomposed into two parts using the graph cut algorithm; each group completely belongs to one feature adjacent to the splitter element group. In our graph cut algorithm, the weights of the edges in the dual graph are calculated based on the electric field, which is generated using the vertices of the boundary lines of the features. Experiments on both tetrahedral and hexahedral meshes demonstrate the effectiveness of our method.     

青铜器纹饰特征增强及自动提取

目的 青铜器是我国的文化瑰宝,然而出土青铜器大多破损、变形,需要修复以进行保护。随着3维激光扫描技术及数字几何处理研究的发展,文物数字化修复技术得到了广泛的重视。在青铜器修复过程中需要将相邻碎片的纹饰对准,以保证纹饰的连续性,从而保证修复质量。因此,青铜器纹饰特征的有效提取是青铜器修复过程中的一项重要工作,鉴于青铜器纹饰特征一般具有比较明显的尖锐边,本文提出并实现了一种青铜器尖锐特征增强及自动提取算法。方法 首先,为了减少网格均匀度对特征提取的不利影响,提出一种加权法向距离;其次,为了增强尖锐特征提取效果,提出一种逆双边滤波算法,并利用该算法获得反锐化掩膜,增强法向距离间的差异性,使得大的更大,小的更小;最后,采用Otsu算法自动确定分割阈值,依据该阈值把网格顶点分为特征点集和非特征点集,实现青铜器纹饰特征的提取。结果 对实际3维激光扫描获得的青铜器模型,分别采用本文算法和Tran等人提出的尖锐特征自动提取算法进行了纹饰特征提取,包括采用两种算法进行了纹饰特征增强前后纹饰特征提取实验,本文使用的3个模型点数在6 000至80万之间,这些模型都可以在1 s到10 s之间得到最终的提取结果,具有较高的效率。同时,本文算法可以更为准确地提取尖锐特征点,且得到的特征点更为连续,有利于进一步的处理。结论 采用本文提出的青铜器纹饰提取算法,能够自动、高效地提取青铜器纹饰特征。     

基于割角的保特征网格简化算法

目前存在的网格简化算法大多数在低分辨率下会丢失物体的细节特征．为了改善这点,以割角的方式,以局部体积为简化代价,提出了一种基于半边折叠的新的网格简化算法．与以往算法相比,不仅运行速度快,存储量小,而且非常好地保留了网格的细节特征．除了用于简化网格,也可以对模型构建LOD模型．     

Retiling scheme: a novel approach of direct anisotropic quad-dominant remeshing

Remeshing has been an active research topic in Digital Geometry Processing. In this paper, a novel approach of direct anisotropic quad-dominant remeshing is proposed. We apply the retiling method to the particular problem of quad-dominant remeshing. Compared with other methods, this method can simply partition the surface of an original triangular mesh into connected quads with the mesh edges aligning to the principal directions. The first step in this method is to estimate and smooth the curvature tensor field of the surface at the vertices, and then the quad-dominant mesh is obtained by retiling the quad surface so that quadrilateral edges are parallel to the local principal curvature directions. In addition, to preserve the sharp feature information during remeshing processes, the feature lines can be extracted using mesh segmentation method, and the intersections between the feature lines and the orthogonal planes can be found during the process of retiling. A feature fusion process is presented to join the feature edges and feature points into the quad-dominant mesh. The experiment results show that this new remeshing method is simple and easy to implement. The resolution of the quadrilateral mesh can be controlled during the remeshing. It is applicable to arbitrary genus meshes and can generate high-quality quad-dominant mesh.     

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.     

Efficient Coding of Nontriangular Mesh Connectivity

We describe an efficient algorithm for coding the connectivity information of general polygon meshes. In contrast to most existing algorithms which are suitable only for triangular meshes, and pay a penalty for treatment of nontriangular faces, this algorithm codes the connectivity information in a direct manner. Our treatment of the special case of triangular meshes is shown to be equivalent to the Edgebreaker algorithm. Using our methods, any triangle mesh may be coded in no more than 2 bits/triangle (approximately 4 bits/vertex), a quadrilateral mesh in no more than 3.5 bits/quad (approximately 3.5 bits/vertex), and the most common case of a quad mesh with few triangles in no more than 4 bits/polygon.     

四边形网格间接生成方法

研究了基于背景三角网格的四边形网格间接生成算法,并针对三角形合并过程中容易残留三角形的缺陷提出了确定侧边的详细算法,该算法主要是依据背景三角网格中边的位置和前沿边的情形,通过背景三角网格中已存在的边、边交换或边分割确定侧边,以避免在三角形合并过程中残留三角形单元。最后给出实例验证了算法的有效性。