Modeling Close Packing of 3D Objects

The paper represents the concept of Φ-functions and quasi Φ-functions as an efficient tool for mathematical modeling of three-dimensional packing problems for convex geometrical objects with continuous translations and rotations. A mathematical model of close packing of convex geometrical objects is formulated and its basic properties are considered. A solution method is proposed, which includes the following stages: constructing initial points, computing local extrema, and passing from one local minimum to another. The solution approach is efficient to solve optimization packing problems. Numerical examples are given.     

基于图像的树类物体的三维重建

树类物体的三维重建一直是人们很感兴趣的一个研究内容。该文利用基于图像的建模技术，实现了一个从双视点图像重建树木三维模型的系统，提出了一个自动获取树木二维主干骨架的方案，实现了二维骨架点的对应关系求解，三维骨架点的重建、简化及树表面网格的生成。实验结果表明该文提出的方法确实可行、有效。     

三维物体识别研究进展

出于工业和医疗等领域大量现实应用的需要,如今三维物体识别已成为一个很活跃的研究领域。一般来说,三维物体识别系统可以通过两个阶段的处理来完成三维物体的识别和定位,首先用传感器获取的场景输入数据来得到场景的表达;然后将它与数据库中存储的物体表达相匹配。为了推动该领域研究进一步发展,因而对近１０ａ年中该识别过程中必须解决的感传器类型、三维物体表达方法和匹配策略等３个方面问题的研究成果进行了综述,对主要方法进行分类和总结;并提出了一些三维视觉系统中还需要深入研究的问题,包括对所研究物体形状的限制、复杂背景的影响和表达以及识别中的“整体和局部”的矛盾等。     

PWP3D: Real-Time Segmentation and Tracking of 3D Objects

We formulate a probabilistic framework for simultaneous region-based 2D segmentation and 2D to 3D pose tracking, using a known 3D model. Given such a model, we aim to maximise the discrimination between statistical foreground and background appearance models, via direct optimisation of the 3D pose parameters. The foreground region is delineated by the zero-level-set of a signed distance embedding function, and we define an energy over this region and its immediate background surroundings based on pixel-wise posterior membership probabilities (as opposed to likelihoods). We derive the differentials of this energy with respect to the pose parameters of the 3D object, meaning we can conduct a search for the correct pose using standard gradient-based non-linear minimisation techniques. We propose novel enhancements at the pixel level based on temporal consistency and improved online appearance model adaptation. Furthermore, straightforward extensions of our method lead to multi-camera and multi-object tracking as part of the same framework. The parallel nature of much of the processing in our algorithm means it is amenable to GPU acceleration, and we give details of our real-time implementation, which we use to generate experimental results on both real and artificial video sequences, with a number of 3D models. These experiments demonstrate the benefit of using pixel-wise posteriors rather than likelihoods, and showcase the qualities, such as robustness to occlusions and motion blur (and also some failure modes), of our tracker.     

三维环境下交互式点云对象提取方法

针对海量无序点云数据中的复杂对象提取问题,利用三维可视化环境中的人机交互功能,划定对象分布范围以提取对象数据。采用三维平面视图直观表达点云中对象的位置及分布;借助三维交互技术,在平面视图中人工划分对象外包多边形;根据外包多边形从原始点云数据中提取对象点云,使用有效网格法进行化简。以4.1亿个数据点的场站点云为例进行应用,取得良好效果。     

基于三视图的三维形体重建技术

基于工程图纸的三维形体的重建技术是根据形体的二维视图中的几何信息和拓扑信息,生成相应的三维形体,这是一个从爸维到高维的构造过程,文中提出了一个三维形体重建算法,该算法首先根据三视图生成形体的线框图,然后应用左邻边搜索策略求出线框图内的所有面及相应的极小环,最后利用Ｍｏｅｂｉｕｓ规则及工程图的性质,删除重建过程中生成的非法元素,该方法利用二几何基元和三维几何基元的几何性质及生成关系,减少了重建过程中     

Reconstruction of 3D Objects from Orthographic Projections

An algorithm for automatic reconstruction of 3D objects from their orthographic projections is presented in this paper. It makes some improvements to, and complements the, Wesley-Markowsky algorithm, which is a typical hierarchical reconstruction algorithm limited to polyhedral objects, and extracts the idea of pattern recognition expressed in the Aldefeld algorithm. It is shown in theory by analysis and in practice by implementation that the proposed algorithm successfully rejected pathological cases and found all solutions with the same set of orthographic views. Compared with the existing algorithms presented in references, this algorithm covers some more complex cases of objects incorporating cylinders.     

三维物体表面材质实时编辑

艺术家进行设计时,常常需要一种可以交瓦地修改模型表面材质的工具.为了在环境光下对模型表面的材质进行实时编辑,提出一种基于预计算辐射传输的算法:首先预计算环境光相对于模型表面每一个顶点的可见性;然后在绘制时实时计算物体表面的双向反射分布函数(BRDF);最后通过查找环境光相对于模型表面每一个顶点的可见性,快速绘制出物体表面材质.实验结果表明,使用该算法,用户可以通过调节BRDF的参数,实现物体表面材质的实时动态编辑,同时支持动态视点和动态环境光.     

3D打印物体的稳定平衡优化

3D打印日渐流行,赋予大众创造物体的能力.首先通过计算机中3D建模软件构造3D数字模型,再借助3D打印加以制造.虚拟环境中无物理规则的特点使得模型千姿百态,但是通过3D打印之后发现物体无法平衡站立.首次提出3D打印物体的稳定平衡优化问题,针对这一问题,研究不倒翁的原理,提出稳定平衡优化算法,使得物体达到稳定平衡.具体做法为先将物体体素化,迭代式从水平、垂直方向进行逐体素的挖空,选取最佳的挖空方式;对于个别极端例子,再通过对底部小范围内的修改来达到稳定平衡.逐体素的启发式挖空策略避免了挖空可能出现的悬浮、自相交等问题;底部局部小范围的修改也保证了物体的形状基本不变,该方法的可行性通过多个例子的成功优化得到证明.     

透明物体的三维重建综述

透明物体的三维重建一直以来都被认为是很有挑战性的问题.不同于传统重建算法对物体表面的漫反射属性假设,因为透明物体与光线之间存在复杂的,如反射和折射等,与视角相关的光学效应,将导致传统重建算法无法直接应用在透明物体上.文中简要介绍透明物体的三维重建相关研究,围绕从X恢复形状、反向渲染技术、断层摄影技术和直接光线测量这4个方面回顾了近些年来的主要研究工作,分析并指出当前工作的优缺点以及不同的应用环境,展示了这一挑战性问题的研究现状和发展趋势,并探讨了未来有潜力的研究方向.     

局部集的3D模型水印方法

提出了一种新的3D模型水印方法,利用模型顶点局部集信息来实现水印信息的嵌入和盲检测。水印嵌入阶段利用模型顶点局部集信息选取恰当的水印嵌入点以降低嵌入水印对模型视觉质量的损害。水印检测阶段,相同的局部集面积信息被提取,从而在水印嵌入和检测间建立了准确的同步关系,提高了水印抗攻击能力。利用一阶矩仿射不变性所提取的局部集信息能够抵御旋转、平移、均匀缩放等几何攻击。实验结果表明,在攻击强度不足以损害模型视觉质量的前提下,该方法对加噪、平滑滤波等攻击也具有较高鲁棒性。     

半边结构的三维实体在OpenGL中的表示

本文对三维实体造型中的冀边结构和半边结构进行了对比，根据实际应用的特点，采用半边结构，并对其略作修改，增加了一个段结构，对半边结构的三维实体在OpenGL中的表示作了探讨。     

Java 3D中运动物体间碰撞检测的研究

碰撞检测是虚拟制造中重要的课题之一,文章针对Java3D对三维物体碰撞检测支持的局限性,通过扩展Java3D的功能,构造了一种碰撞检测系统,采用了二叉树层次球模型来表示实体,对运动物体间进行碰撞检测,满足了可靠性和时间的连续性,较好地适应复杂环境的碰撞检测的需求。     

Packing Irregular Objects in 3D Space via Hybrid Optimization

Packing problems arise in a wide variety of practical applications. The basic problem is that of placing as many objects as possible in a non‐overlapping configuration within a given container. Problems involving irregular shapes are the most challenging cases. In this paper, we consider the most general forms of irregular shape packing problems in 3D space, where both the containers and the objects can be of any shapes, and free rotations of the objects are allowed. We propose a heuristic method for efficiently packing irregular objects by combining continuous optimization and combinatorial optimization. Starting from an initial placement of an appropriate number of objects, we optimize the positions and orientations of the objects using continuous optimization. In combinatorial optimization, we further reduce the gaps between objects by swapping and replacing the deployed objects and inserting new objects. We demonstrate the efficacy of our method with experiments and comparisons.     

三维虚拟物体表面重建的研究

在激光扫描共焦显微三维成像，CT成像，MRI成像，以及在图象处理和识别中，三维物体的显示是必不可少的，目前，最流行的显示方式是虚拟物体的三维重建，通常虚拟物体三维重中以采用体素级重建，可也以采用切片极重建，由于切片级重建仍需要解决物体轮廓对应，分叉曲面，轮廓拼接等关键性问题，为此，提出了一些新的方法，在这些方法中，轮廓的对应采用OR运算和AND运算来确定，如果两个轮廓的OR和ND运算结果满足预先设置的准则，则这两个轮廓相对应；分叉曲面采用数字形态学方法来分解，其由形态学方法生成的边界就是分叉曲面的分割线，轮廓拼拦则是将对应轮廓经多边形简化后，由三角形接拼法来构成表面，且三角形是根据最小轮廓跨接边准则来构建的，通过对这些方法进行的实验结果表明，理论与实际完全相符，这些方法的优点是编程简单，运算速度快。     

三维单目虚实物体球对面碰撞检测算法

为加强增强现实的沉浸感与真实性,实时地进行虚实物体间的碰撞检测至关重要.因此,提出一种基于增强现实和单目视觉的任意形状虚实物体碰撞检测估计算法.通过改进现有的单目二维虚实碰撞检测及响应算法,针对现有碰撞检测算法存在的计算复杂度高的问题,提出一种仅需计算实际物体4个特征点的三维碰撞检测算法;并通过对象分割、特征点提取、碰撞检测和碰撞响应等过程取得与真实世界物理特性一致的三维虚实碰撞响应估计效果.在增强现实有标记和无标记环境下分别进行实验结果表明,碰撞检测的计算量与二维算法相近,且具有景深效果,实现了基于单目视觉的增强现实三维虚实碰撞响应预测和处理.     

基于图象的三维模型建模绘制系统

基于图象绘制技术近几年来在图形学领域引起了极大的重视，它不仅弥补了传统的基于几何绘制技术中存在的不足，而且能给出了更加逼真的图象显示，在构建一种基于图象建模系统的基础上重点讨论了图象变形，图象重构，以及最后采用传统纹理映射技术进行复杂三维模型建模的主要原理与方法。     

基于单幅图像的三维对称自由形体重建

为了方便快捷地重建出输入图像中的物体,基于单幅图像,提出一种利用二维手绘线画图重建生成三维对称自由形体的方法.在以单幅图像为背景的画布上,用户首先根据图像中的物体位置为待重建模型指定一个对称面;然后为确定了对称面的物体绘制出其各个子部分的手绘线条,每个子部分通常由4条手绘曲线表示,即1对对称曲线和1对非对称的一般曲线,对称曲线的深度坐标信息可以利用物体对称面信息进行计算,一般曲线的深度坐标信息则可以由同一子部分的三维对称构造曲线计算得到;利用恢复了深度信息的三维构造曲线,自由形体的每个部分可以分别由1对对称构造曲线和1对非对称构造曲线利用旋转混合方法生成其参数曲面,并离散化为三角网格表示;根据输入图像中物体的纹理信息进一步合成自由形体每一部分的表面纹理,最终得到三维物体.实验结果表明,该方法得到的三维自由形体具有较强的真实感.     

三维破碎物体多尺度拼接技术

在分析三维物体碎片轮廓曲线的特征和表示的基础上,研究多尺度小波轮廓描述符的计算,提出了一种多尺度下轮廓曲线特征提取及基于多尺度分析的三维物体碎片拼接方法.轮廓曲线经多尺度小波变换平滑后,提取曲率和挠率构成特征矢量;在选择了基于小波轮廓描述符的三维曲线匹配起点后,比较2条轮廓曲线的特征矢量以判断轮廓的相似性,并将轮廓匹配的2块相邻物体碎片拼接,实现破碎物体复原.最后通过实验验证了该方法的有效性.     

基于距离图像的定性识别

本文提出的定性描述图表示方法能在无模型指导的情况下有效地实现遮挡物体的分离,并将识别过程转化为图或子图同构的问题,还提出了用"提纯"与"搜索"相结合的递归过程来判定图或子图同构.实验证明了该方法的有效性和稳定性.