基于C—C细分的四边形网格上插值光滑Bezier曲面的生成

在任意拓扑的四边形网格上构造光滑的曲面是计算机辅助几何设计中的一个重要问题．基于C—C细分,提出一种从四边形网格上生成插值网格顶点的光滑Bezier曲面片的算法．将输入四边形网格作为C—C细分的初始控制网格,在四边形网格的每张面上对应得到一张Bezier曲面,使Bezier曲面片逼近C—C细分极限曲面．曲面片在与奇异顶点相连的边界上G^1连续,其他地方C^2连续．为解决C—C细分的收缩问题,给出了基于误差控制的迭代扩张初始控制网格的方法,使从扩张后网格上生成的曲面插值于初始控制网格的顶点．实验结果表明,该算法效率高,生成的曲面具有较好的连续性,适用于对四边化后的网格模型上重建光滑的曲面．     

基于C-C细分的四边形网格上插值光滑Bézier曲面的生成

在任意拓扑的四边形网格上构造光滑的曲面是计算机辅助几何设计中的一个重要问题.基于C-C细分,提出一种从四边形网格上生成插值网格顶点的光滑Bézier曲面片的算法.将输入四边形网格作为C-C细分的初始控制网格,在四边形网格的每张面上对应得到一张Bézier曲面,使Bézier曲面片逼近C-C细分极限曲面.曲面片在与奇异顶点相连的边界上G1连续,其他地方C2连续.为解决C-C细分的收缩问题,给出了基于误差控制的迭代扩张初始控制网格的方法,使从扩张后网格上生成的曲面插值于初始控制网格的顶点.实验结果表明,该算法效率高,生成的曲面具有较好的连续性,适用于对四边化后的网格模型上重建光滑的曲面.     

含复杂插值曲面实体六面体网格优化方法

复杂插值曲面的几何形态由散乱数据点控制,优化含这类曲面实体的六面体网格难以保证边界一致.借鉴Balendran提出的直接法,建立正四边形结点的空间几何关系方程,并作为优化约束,以移动结点使每个六面体的各个侧面趋近于正四边形,实现网格优化.将原始采样点及其它控制插值曲面几何形态的数据转化为控制点约束,以保证边界一致性.结合优化约束与控制点约束,作为离散光滑插值(DSI)方程的约束项,实现网格优化与曲面插值的耦合.实例表明,该方法能够在保证复杂插值曲面边界一致性的前提下实现六面体网格优化.     

基于Gregory法的N边域非自交结构网格生成

提出了在N边域裁减参数曲面上生成非自交光顺结构网格的方法。利用Gregory法,首先在参数坐标平面上将N边域分成N个四边形区域,并生成每个四边形区域内的网格,然后通过映射获得三维空间上的网格坐标点。为消除映射过程中所产生的自交现象,根据非自交特性和光顺网格的特点,提出了优化目标函数,并采用共轭梯度数值解法获得了最优解。利用该方法可以获得N边域上非自交光顺的结构网格,拓展了N边域裁剪曲面的使用范围。     

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．     

网格曲面近似“最直路径”的快速计算

为实现网格模型两点间最短路径的近似逼近,提出一种网格曲面上近似"最直路径"的计算方法.利用起点与终点邻域特征获得初始切割面,对网格曲面上的三角片逐步切割求交,扩展"最直路径";在求交过程中逐步调整切割平面的方向,直至终点.实验结果表明,文中方法快速、有效.     

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.     

不规则网格上的曲面设计方法

提出一种在不规则网格上构造曲面的方法.其基本思想是,通过均匀双三次B样条基函数的分解和子基函数的分类,将B样条曲面方法推广到任意四边形网格.给定一个任意四边形控制网格,首先对每个控制点构造一个基函数;所有控制点加权组合形成整体曲面.构造的曲面是分片双三次有理参数多项式曲面.此方法可以看成是均匀B样条曲面构造方法的扩展,如果控制网格是规则四边形网格,那么构造得到的曲面与均匀双三次B样条曲面是一致的.最后,实例证明此方法能够有效地构造曲面.     

基于双边过滤的网格光顺法

在逆向工程和计算机图形学中,由于扫描的数据存在噪点,为了便于后期处理,在使用前要对其进行光顺处理.通过对网格双边过滤法的研究,提出了改进的方法.通过网格顶点及其邻域点拟合一张曲面,对每一个邻域点构造一条抛物线,利用该抛物线计算出新的距离,得到新的光顺公式.经过软件测试,新的光顺公式能够更好的对网格进行光顺,同时保留网格图形的特征.实验结果证明,使用拟合的曲面来局部逼近已有的未知曲面能比使用平面逼近已有的未知曲面得到更好的保特征效果.     

基于能量最小化的网格优化算法

对网格优化的方法进行研究,提出一种基于能量最小化的网格优化算法.给定一定数量的三维散乱点数据和一个初始三角网格,使用能量最小化算法对网格顶点位置进行优化,使网格顶点更好地逼近三维散乱点数据;网格也更加逼近实际曲面.实验结果表明,使用该算法能够获得形状良好的网格.     

基于切平面中值坐标的Laplacian网格变形算法

网格模型变形往往需要保持局部几何细节,Laplacian网格变形算法能够较好地保持局部几何细节特征,但细节特征描述子-Laplacian坐标的计算欠缺精确性.从平面多边形中值坐标的角度出发,对Laplacian坐标进行重新定义,将顶点的一阶邻域投影到顶点处切平面上,根据顶点相对投影点的中值坐标构建的Laplacian坐标能够精确地描述模型的局部几何细节特征,实验验证能够获得较好的编辑效果.     

Animation‐Aware Quadrangulation

Geometric meshes that model animated characters must be designed while taking into account the deformations that the shape will undergo during animation. We analyze an input sequence of meshes with point‐to‐point correspondence, and we automatically produce a quadrangular mesh that fits well the input animation. We first analyze the local deformation that the surface undergoes at each point, and we initialize a cross field that remains as aligned as possible to the principal directions of deformation throughout the sequence. We then smooth this cross field based on an energy that uses a weighted combination of the initial field and the local amount of stretch. Finally, we compute a field‐aligned quadrangulation with an off‐the‐shelf method. Our technique is fast and very simple to implement, and it significantly improves the quality of the output quad mesh and its suitability for character animation, compared to creating the quad mesh based on a single pose. We present experimental results and comparisons with a state‐of‐the‐art quadrangulation method, on both sequences from 3D scanning and synthetic sequences obtained by a rough animation of a triangulated model.     

基于衍生多边形的混合坐标

将多边形三角化,利用三角网格将三角形衍生为点多边形、边多边形和面多边形,再根据已有的重心坐标提出基于衍生多边形的混合坐标.首先在三角网格内根据初始多边形内部一点所在的三角形得到衍生多边形,然后使用调和坐标、局部重心坐标、迭代坐标中任意一种计算衍生多边形的顶点关于初始多边形顶点的重心坐标,再使用迭代坐标计算初始多边形内部...     

Hierarchical Quad Meshing of 3D Scanned Surfaces

In this paper we present a novel method to reconstruct watertight quad meshes on scanned 3D geometry. There exist many different approaches to acquire 3D information from real world objects and sceneries. Resulting point clouds depict scanned surfaces as sparse sets of positional information. A common downside is the lack of normals, connectivity or topological adjacency data which makes it difficult to actually recover a meaningful surface. The concept described in this paper is designed to reconstruct a surface mesh despite all this missing information. Even when facing varying sample density, our algorithm is still guaranteed to produce watertight manifold meshes featuring quad faces only. The topology can be set‐up to follow superimposed regular structures or align naturally to the point cloud's shape. Our proposed approach is based on an initial divide and conquer subsampling procedure: Surface samples are clustered in meaningful neighborhoods as leafs of a kd‐tree. A representative sample of the surface neighborhood is determined for each leaf using a spherical surface approximation. The hierarchical structure of the binary tree is utilized to construct a basic set of loose tiles and to interconnect them. As a final step, missing parts of the now coherent tile structure are filled up with an incremental algorithm for locally optimal gap closure. Disfigured or concave faces in the resulting mesh can be removed with a constrained smoothing operator.     

High quality refinable G‐splines for locally quad‐dominant meshes with T‐gons

Polyhedral modeling and re‐meshing algorithms use T‐junctions to add or remove feature lines in a quadrilateral mesh. In many ways this is akin to adaptive knot insertion in a tensor‐product spline, but differs in that the designer or meshing algorithm does not necessarily protect the consistent combinatorial structure that is required to interpret the resulting quad‐dominant mesh as the control net of a hierarchical spline – and so associate a smooth surface with the mesh as in the popular tensor‐product spline paradigm. While G‐splines for multi‐sided holes or generalized subdivision can, in principle, convert quad‐dominant meshes with T‐junctions into smooth surfaces, they do not preserve the two preferred directions and so cause visible shape artifacts. Only recently have n‐gons with T‐junctions (T‐gons) in unstructured quad‐dominant meshes been recognized as a distinct challenge for generalized splines. This paper makes precise the notion of locally quad‐dominant mesh as quad‐meshes including τ‐nets, i.e. T‐gons surrounded by quads; and presents the first high‐quality G‐spline construction that can use τ‐nets as control nets for spline surfaces suitable, e.g., for automobile outer surfaces. Remarkably, T‐gons can be neighbors, separated by only one quad, both of T‐gons and of points where many quads meet. A τ‐net surface cap consists of 16 polynomial pieces of degree (3,5) and is refinable in a way that is consistent with the surrounding surface. An alternative, everywhere bi‐3 cap is not formally smooth, but achieves the same high‐quality highlight line distribution.     

鲁棒的网格实时几何编辑算法

目的 本文提出一种网格实时编辑方法,能够实现精确的参数化区域选择来对网格进行复制粘贴操作。方法 首先通过提供给用户的笔刷在网格上选择感兴趣区域,通过半边结构遍历和种子填充算法精确指定参数化区域;在遍历过程中加入一个距离场限制,然后使用平面中值坐标方法对被复制区域进行变形处理;最后将被复制区域和目标网格进行无缝融合,恢复三维形状。结果 实验表明本文提出的方法能够对高曲率和凸长网格进行有效编辑,复制得到的模型能够符合需求,并且鲁棒稳定。结论 泊松方程结合平面中值坐标的网格实时编辑方法,能够实现精确的参数化区域选择对网格进行复制粘贴操作。通过与已有的网格克隆方法相比较,该方法具有很好的鲁棒性并且效果良好。     

网格图形编辑的样条方法

提出基于样条的网格图形编辑方法,首先在网格表面附近构建近似的样条曲面,同时预计算网格顶点在样条上的对应点处局部标架下的坐标表示,并作为不变量在变形中进行保持;然后编辑样条的位置和形状,利用局部标架和细节坐标重建变形后的网格,同时进行网格光滑和网格细分,改善变形效果,以实现复杂模型简单快捷的编辑/变形.方法在保细节的同时允许对网格在多个尺度下编辑.实验结果表明,融合了样条的三角网格方法较传统的样条编辑方法可避免产生过多的控制点,大大地简化了操作.     

三维地质界面网格模型构建算法研究

三维地质模型主要包含地质构造模型和地质属性模型。提出一种局部映射-边界控制的曲面三角化网格模型构建算法,与映射法相比,减少三维空间点映射到二维平面的计算过程,避免因多点到一点的映射关系而生成错误的三角化网格模型。基于地质测量数据特点,原始地质数据经处理后采用点集合形式表示,基于点集数据构建三维三角化网格模型,模拟地质界面的展布形态,控制三角网格质量。采用两种网格边界控制方法,在有边界约束数据和无边界约束数据条件下均能自动更新地质界面三角化网格模型边界。基于断层点数据集测试并展示算法构建的三维三角化网格模型可视化效果,通过断层面三角化网格模型能够反映断层面之间空间位置关系。     

Shape optimization of quad mesh elements

We study the problem of optimizing the face elements of a quad mesh surface, that is, re-sampling a given quad mesh to make it possess, as much as possible, face elements of some desired aspect ratio and size. Unlike previous quad mesh optimization/improvement methods based on local operations on a small group of elements, we adopt a global approach that does not introduce extra singularities and therefore preserves the original quad structure of the input mesh. Starting from a collection of quad patches extracted from an input quad mesh, two global operations, i.e. re-sampling and re-distribution, are performed to optimize the number and spacings of grid lines in each patch. Both operations are formulated as simple optimization problems with linear constraints.