基于区域离散曲率的三维网格分水岭分割

针对离散曲率估计对噪声敏感且特征值计算量大的特点提出了基于区域离散曲率的三维网格分水岭分割算法。寻找三维模型显著特征点;对三维模型进行预分割,确定分割带;在分割带区域上计算离散曲度极值点,利用测地距离和曲度极值点对三维模型进行分水岭分割。算法在分割前无需进行网格去噪,实验结果证明,对主体分支明显的模型具有较高的分割边缘准确度和较快的分割速度。     

基于OpenMP的三维并行Delaunay网格生成算法及实现

针对大多数并行Delaunay网格生成算法无法充分利用多核共享内存结构的问题,在原有面向共享内存的二维并行算法基础上,根据三维问题的特点提出基于OpenMP的三维并行Delaunay网格生成算法。算法采用划分求解区域为方格的方法实现候选点集的划分和并行插点。使用OpenMP对算法进行实现,并利用多种实现技术避免线程间的同步等待,提升算法效率。实验结果表明,本文算法及所采用的实现技术可以在三维条件下快速生成大量网格单元,具有较高的并行效率,同时能够保证良好的网格质量。     

网格分割的3维网格模型非盲水印算法

目的 信息技术的发展使得面向3维模型版权保护的问题越来越突出,提出一种新的基于网格分割的3维网格模型非盲水印算法。方法 首先使用基于形状直径函数的网格分割算法对3维网格模型进行有意义的网格分割,然后计算每个分块的鲁棒重心并以此为中心将模型由直角坐标系转换到球面坐标系,最后通过调制每个顶点范数的分布来嵌入水印,在水印检测阶段使用非盲检测的方法提取水印。结果 针对目前基于网格分块的水印算法的网格分割不一致以及对分割边界依赖性过强等问题,引入基于形状直径函数的网格分割算法并在重对齐、重采样过程中加入待检测模型与原始模型分块匹配过程以保证网格分割的一致性,并且选取分块的顶点范数的分布作为水印嵌入基元,使得算法能够有效地减弱对分割边界的依赖性。结论 实验结果表明,该算法可以有效抵抗平移、旋转、缩放、噪声、细分、简化、剪切等常见的攻击以及多种攻击的联合攻击。     

新颖的网格模型压缩算法——网格切片

针对三维(3D)网格模型的存储与网络传输问题,提出一种新颖的三维模型压缩算法。该算法基于对网格模型的切片处理,主要由以下三个步骤组成:切片顶点的计算、切片边界的均匀采样以及对切片所得图像的编码。对于一个给定的三维模型,首先,计算模型的包围盒;然后,沿包围盒长度最长的方向进行切片;同时计算切片与网格模型表面每条边的交点,构成一个多边形,这个多边形即为切片的边界;其次,对切片边界进行均匀的重采样,使每层切片具有相同的顶点数;最后,把每层的顶点坐标转化为极坐标形式,这样,所有层顶点的ρ-坐标以及θ-坐标能分别构成一张图像,原始的三维模型即能由这两张图像表示。这种表示方法具有以下两个明显的优势:第一,降低了数据的维度,有效减少了数据量;第二,具有极大的数据相关性,进一步减少了数据的熵。基于这两个优势,该算法对图像数据进行差值编码以及算术编码,最后得到压缩后的文件。与增量参数细化(IPR)方法相比,在解码模型同等质量的前提下,所提算法的编码效率提高了23%。实验结果表明,所提算法在模型存储和传输应用中能取得很好的压缩效率,有效减少了数据量。     

三维网格模型的快速拓扑重建算法

为了提高重建三维网格模型拓扑的速度,选择半边结构作为表示实体模型拓扑关系的结构模型,设计了新的用于加快顶点合并的索引方法。在顶点合并时直接定位到欲查找的顶点位置上,无须借助AVL等辅助查找表。拓扑重建的时间复杂度由原来的O(n log n)降低至O(n)。通过SMF格式文件进行的测试结果表明,在普通PC上重建含有10万个三角面片模型的拓扑结构也只需1s。     

基于奇异值分解的三维网格模型数字水印算法

针对三维网格模型的版权保护提出了一种新的基于奇异值分解(SVD)的数字水印算法。算法利用几何信号处理框架将三维几何信号转换成平面规则采样信号，再用SVD技术嵌入水印。实验结果表明，算法具有较好的透明性和鲁棒性。     

三维曲面的特征描述和特征匹配

本文提出了一种新的三维曲面特征描述算法,将二维图像上的特征描述思想推广到三维网格。算法将三维网格表示成从顶点到高斯曲率的映射函数,从而获得可类比于二维图像的相似性。借助于法线和梯度建立局部球坐标系,通过二维统计直方图对特征点邻域的几何信息进行描述,使得特征描述具有平移、旋转和缩放不变性,最终生成128维的特征向量(特征描述符)。基于特征向量,我们实现了多分辨率和异拓扑网格下的特征匹配,展示并分析了实验结果。本文的研究动机来源于三维扫描建模以及多视点三维重建技术中对特征描述和特征匹配的需求,主要的应用方向包括:扫描配准、模型注册、动画跟踪、对称检测和模型检索。     

三角网格模型的补洞算法研究

提出了一种三角网格模型的空间孔洞修补算法.首先根据网格中的点、边和三角形之间的关系提取孔洞边界,然后根据孔洞区域的夹角的顺序在空间中依次填补三角形直至修补完全,接着对新增加的高度弯曲的三角形进行细分,最后对修补后的孔洞网格进行几何形态调整,光顺化整个孔洞曲面.实验结果证明,该算法简单、有效,孔洞修补效果好.     

基于曲度特征的三维模型检索算法

针对如何提高复杂曲面的三维模型的检索精度的问题,提出了一种基于曲度特征的三维模型检索算法。首先,在模型表面选取随机采样点,计算点所在局部曲面的高斯曲率和平均曲率,通过高斯曲率和平均曲率求出随机点的曲度值,曲度值表明了曲面的凹凸属性。然后,以模型的质心为球心,以随机点与质心距离和曲度值为坐标轴建立坐标系,统计出一定距离范围内曲度值分布的概率,构建距离与曲度的分布矩阵,以此分布矩阵作为三维模型特征描述符。该特征描述符具有旋转不变性和平移不变性,能够很好地反映复杂曲面的几何特征。最后,通过比较分布矩阵给出不同模型间的相似度。实验结果表明,该方法相比形状分布算法的检索性能有较大提高,尤其适用于具有复杂曲面的三维模型检索。     

3D网格的分层多描述编码方法

结合分层编码与多描述编码的优势,提出三维网格分层多描述编码（LMDC）方法：先对3D网格进行几何分解,得到一个粗糙网格和细化网格所需的连通性信息,采用分层编码思想,粗糙网格作为基本层,而将细化信息作为增强层。同时采用基于顶点分裂树的多描述编码方法对基本层加以保护,保证基本层在差错信道中的有效传输。采用分层多描述编码对3D模型进行编码的方法,非常适合于带宽受限和多路径传输的异构网络。实验证明,该方法能获得较高的压缩率,并在有丢包的情况下能有效地保护并恢复出可接受的基本层网格。     

A novel 3D mesh compression using mesh segmentation with multiple principal plane analysis

This paper proposes a novel scheme for 3D model compression based on mesh segmentation using multiple principal plane analysis. This algorithm first performs a mesh segmentation scheme, based on fusion of the well-known k-means clustering and the proposed principal plane analysis to separate the input 3D mesh into a set of disjointed polygonal regions. The boundary indexing scheme for the whole object is created by assembling local regions. Finally, the current work proposes a triangle traversal scheme to encode the connectivity and geometry information simultaneously for every patch under the guidance of the boundary indexing scheme. Simulation results demonstrate that the proposed algorithm obtains good performance in terms of compression rate and reconstruction quality.     

一种基于小波变换的三维网格模型水印算法

提出了一种基于小波变换的强壮三维网格模型数字水印算法。首先采用一种平面参数化算法将三维网格模型映射为二维参数网格，三维网格模型表面的几何信号相应转换为二维信号，然后采用一种自适应小波水印算法加入水印。实验结果显示该水印算法能够抵抗各种几何信号处理攻击。     

A blind watermarking algorithm for 3D mesh models based on vertex curvature

We propose a robust blind watermarking algorithm for three-dimensional （3D） mesh models based on vertex cur-vature to maintain good robustness and improve visual masking in 3D mesh models. In the embedding process, by using the local window of vertex, the root mean square curvature is calculated for every vertex of the 3D mesh model and an ordered set of fluctuation values is obtained. According to the ordered fluctuation values, the vertices are separated into bins. In each bin the fluctuation values are normalized. Finally, the mean of the root mean square curvature fluctuation values of the vertices in each bin is modulated to embed watermark information. In watermark detection, the algorithm uses a blind watermark extraction technique to extract the watermark information. The experimental results show that the algorithm has a very good performance for visual masking of the embedded model and that it can resist a variety of common attacks such as vertex rearrangement, rotation, trans-lating, uniform scaling, noise, smoothing, quantization, and simplification.     

Parallel decoupled terminal-edge bisection method for 3D mesh generation

We present a practical and stable algorithm for the parallel refinement of tetrahedral meshes. The algorithm is based on the refinement of terminal-edges and associated terminal stars. A terminal-edge is a special edge in the mesh which is the longest edge of every element that shares such an edge, while the elements that share a terminal-edge form a terminal star. We prove that the algorithm is inherently decoupled and thus scalable. Our experimental data show that we have a stable implementation able to deal with hundreds of millions of tetrahedra and whose speed is in between one and two order of magnitude higher from the method and implementation we presented (Rivara et al., Proceedings 13th international meshing roundtable, 2004).Maria-Cecilia Rivara and Carlo Calderon's work was partially supported by Fondecyt 1040713.Andriy Fedorov’s work is supported in part by ITR #ACI-0085969, and NGS #ANI-0203974.Nikos Chrisochoides’s work is supported in part by NSF Career Award #CCR-0049086, ITR #ACI-0085969, NGS #ANI-0203974, and ITR #CNS-0312980.     

A robust watermarking scheme for 3D triangular mesh models

Copyright protection of digital media has become an important issue in the creation and distribution of digital content. As a solution to this problem, digital watermarking techniques have been developed for embedding specific information identifying the owner in the host data imperceptibly. Most watermarking methods developed to date mainly focused on digital media such as images, video, audio, and text. Relatively few watermarking methods have been presented for 3D graphical models. In this paper we propose a robust 3D graphical model watermarking scheme for triangle meshes. Our approach embeds watermark information by perturbing the distance between the vertices of the model to the center of the model. More importantly, to make our watermarking scheme robust against various forms of attack while preserving the visual quality of the models our approach distributes information corresponds to a bit of the watermark over the entire model, and the strength of the embedded watermark signal is adaptive with respect to the local geometry of the model. We also introduce a weighting scheme in the watermark extraction process that makes watermark detection more robust against attacks. Experiments show that this watermarking scheme is able to withstand common attacks on 3D models such as mesh simplification, addition of noise, model cropping as well as a combination of these attacks.     

三次B样条插值的网格拼接和融合

目的 网格模型的拼接和融合是3维模型编辑的一个重要方面。为了提高3维模型之间拼接曲面的精度和效率,提出一种基于三次均匀B样条曲线曲面的网格融合方法。方法 首先,利用协变分析和数据驱动方法在目标模型上选定融合区域、确定要融合模型的大小及方向;其次,根据选定的3维网格模型,确定待拼接区域的边界,识别并记录边界点集,利用三次B样条插值边界点集;然后,对边界曲线进行双三次B样条曲面插值得到拼接区域连续曲面,并以此作为两模型拼接时的过渡面;最后,对拼接区域重采样,并对其三角化,以实现网格模型的无缝光滑拼接和融合。结果 为了验证本文方法对3维模型拼接的有效性,选取4组不同的模型,分别对其使用本文提出的融合拼接方法进行实验,对前两组模型的拼接效果进行了对比试验,实验结果表明,本文方法可以达到很好的拼接效果,对于融合区域以外的部分能够保持源模型的细节特征,拼接部分的过渡区域光顺平滑,拼接后的模型完整性佳。在运行时间相差0.05 s内,与数据驱动的建模方法相比,本文方法可以处理的节点数至少多2 000个,面片数至少多5 000个。结论 本文方法能够适用于具有任何边界的模型,在选取模型时,对于模型的形状、大小、拓扑结构等的要求较低,适用于新模型的快速建造,因此,该算法可应用于医学、商业广告、动画娱乐以及几何建模和制造等较为广阔的应用领域。     

一种3维模型的网格盲水印算法

3维模型的数字水印是数字水印研究的热点之一,鲁棒性、嵌入可读性水印和盲检测是3维模型数字水印的难点所在。从增强3维模型数字水印的鲁棒性出发,提出一种基于局部几何空间的3维模型数字水印算法,它以模型三角网格顶点在其一环邻居顶点为所确定的局部几何空间;通过改变顶点在局部几何空间中的位置来嵌入水印,并以调整其间的夹角来嵌入水印序列的索引,而调整顶点与圆心的距离来嵌入较高比特的二进制数值。本文算法在水印检测时,无需原始模型,且可抵抗平移、旋转、均匀缩放、顶点乱序、剪切及网格简化等攻击。实验结果表明, 该水印算法具有很好的鲁棒性、可读水印的不可感知性和盲水印检测的优势。     

医学体数据的三维测量技术研究

医学体数据的三维测量技术是计算机可视化、图像分割与测量等技术在生物医学工程上的重要应用,它提供了一种对器官组织进行三维观察、分析和测量的技术手段,在医学临床与医学研究中具有重要意义.通过医学体数据的分割技术将特定的器官组织(如病灶区)分割出来进行三维测量,为医学诊治和研究提供可靠的数据分析.     

An algorithm for automatic 2D finite element mesh generation with line constraints

In this study, an algorithm is designed specifically for automatic finite element (FE) mesh generation on the transverse structure of hulls reinforced by stiffeners. Stiffeners attached to the transverse structure are considered as line constraints in the geometry boundary. For the FE mesh generation used in this study, the line constraints are treated as boundaries and by that means the geometry domain attached to the line constraints is decomposed into sub-domains, constrained only by the closed boundaries. Then, the mesh can be generated directly on those sub-domains by the traditional approach. The performance of the proposed algorithm is evaluated and the quality of the generated mesh meets expectations.     

A robust hole-filling algorithm for triangular mesh

This paper presents a novel hole-filling algorithm that can fill arbitrary holes in triangular mesh models. First, the advancing front mesh technique is used to cover the hole with newly created triangles. Next, the desirable normals of the new triangles are approximated using our desirable normal computing schemes. Finally, the three coordinates of every new vertex are re-positioned by solving the Poisson equation based on the desirable normals and the boundary vertices of the hole. Many experimental results and error evaluations are given to show the robustness and efficiency of the algorithm.