3维颅骨表面模型的复杂孔洞修补

颅骨表面模型的孔洞复杂,很难用目前常用的图形学中某一类算法进行修补。目前基本修补算法(BHRA)可用来修补一般区域孔洞,但对于颅骨上破损较大复杂孔洞和特征区域复杂孔洞还没有较好的修补算法,为此提出一种颅骨模型复杂孔洞修补算法,该算法首先通过复杂孔洞的位置和复杂孔洞包围盒的面积来对该复杂孔洞进行分类,再选择相应的算法进行孔洞修补。针对颅骨上区域较大复杂孔洞,提出一种向内递归修补法(IRS),解决了传统孔洞修补方法修补曲面较为平坦的问题;针对颅骨上的特征区域复杂孔洞,提出了特征模型匹配法(TMA),使用标准模型作为约束并对其进行变形,使修补后的模型更符合人的面部特征。实验结果分析表明,该算法对颅骨上区域较大的复杂孔洞和特征区域孔洞的修补效果令人满意,同时将该修补后的颅骨模型进行颅面复原,颅面复原效果良好。     

特征点自动标定的颅面复原及其评估方法

为了采用计算机技术从人头颅骨样本重构出个性化的三维表面面部特征,提出一种特征点自动标定的颅面复原算法.首先利用特征点自动标定算法对待复原颅骨模型进行特征点标定;然后在基于模板变形的颅面复原算法基础上引入Laplace坐标网格变形技术,以实现待复原颅骨模型的颅面复原.为了验证文中算法进行颅面复原结果的可靠性,提出一种采用计算颅面整体特征和局部特征相似度的颅面复原结果评估方法.实验结果表明,文中提出的特征点自动标定算法大大提高了颅面复原前期工作的效率,颅面复原算法对待复原颅骨的颅面复原取得了良好的复原效果;同时,颅面复原结果评估方法达到了主观与客观评价上的一致,对复原结果验证有良好的指导作用.     

基于ICP和CPD的颅骨自动配准算法

颅骨配准是计算机辅助的三维颅面复原技术的重要研究内容之一。颅骨配准的准确与否会直接影响到将来颅面复原的准确性。为此,提出一种新的3D颅骨自动配准算法。该算法考虑到颅骨模型的特殊结构与实现的简便性,首先自动提取颅骨不光滑区域的脊线（Crest lines）以及光滑区域的顶点作为特征点,然后利用迭代最近点（ICP）算法进行粗配准,在此基础上,再采用CPD（Coherent Point Drift）算法对颅骨进行精确配准。实验结果表明,该算法能有效提高颅骨配准的准确性并对缺损颅骨具有一定的鲁棒性。     

基于粒子群优化算法的三角网格孔洞修补

为了对三角网格模型中的复杂孔洞和曲率变化较剧烈部位处的孔洞进行修补,提出了一种基于粒子群优化算法（PSO）的三角网格孔洞修补算法。首先对孔洞多边形进行初始网格化,并计算所有网格顶点的梯度值,然后采用PSO搜索与孔洞边缘顶点梯度匹配的点集,最后根据孔洞匹配点集中顶点的梯度对孔洞中的初始网格进行修正,实现三角网格孔洞的修补。实验表明,该算法对各种复杂或曲率变化较大的孔洞,都有很好的修补效果。     

基于区域生长的三角网格模型孔洞修补方法

为复原残缺三角网格模型的原始形状,针对丢失尖锐特征的模型,提出一种基于区域生长的孔洞修补方法。在根据模型的拓扑连接关系提取孔洞边界信息后,利用广度优先算法以孔洞边界为起点对孔洞周边网格进行区域划分,由对应孔洞特征区域的几何性质计算新补丁面片的法矢,并据此逐层迭代地向孔洞内部进行异步生长,同时为每个孔洞边界网格设置一个控制信号控制区域生长的异步性,对不同区域的新面片求交恢复以确定尖锐特征线和特征角。实验结果表明,对于尖锐特征丢失的残缺模型,该方法在修补孔洞的同时能够完整地恢复模型的原始形状。     

基于泊松方程的孔洞修补算法

传统网格生长法对孔洞数量庞大且孔洞类型复杂的三维网格模型修复效果不佳。针对该问题,将泊松方程应用于三角网格模型的孔洞修补。利用原始模型信息建立泊松方程,对输入模型曲面进行全局拟合,根据孔洞信息裁剪拟合得到的预测曲面并与原始孔洞模型缝合,通过孔洞边界区域法向量信息调整修补曲面的三角面片方向,达到特征增强的目的。实验结果表明,该算法对于结构复杂的多孔洞三维模型修补效果较好,对噪声鲁棒性强,在保留模型原始信息的同时能够准确还原孔洞区域特征。     

基于ICP和CPD的颅骨自动配准算法

颅骨配准是计算机辅助的三维颅面复原技术的重要研究内容之一.颅骨配准的准确与否会直接影响到将来颅面复原的准确性.为此,提出一种新的3D颅骨自动配准算法.该算法考虑到颅骨模型的特殊结构与实现的简便性,首先自动提取颅骨不光滑区域的脊线(Crest lines)以及光滑区域的顶点作为特征点,然后利用迭代最近点(ICP)算法进行粗配准,在此基础上,再采用CPD(Coherent Point Drift)算法对颅骨进行精确配准.实验结果表明,该算法能有效提高颅骨配准的准确性并对缺损颅骨具有一定的鲁棒性.     

基于变分水平集的三维模型复杂孔洞修复*

针对三维模型重建后存在大量复杂孔洞的问题,提出一种孔洞修补算法。首先构造符号距离函数,孔洞所在曲面用静态符号距离函数的零水平集表达,另一动态符号距离函数表示初始曲面;借助隐式曲面上的变分水平集,引入全局凸优化能量模型,通过对其极小化诱导,从而将提取孔洞边缘的问题转化为维体上隐式曲面的演化过程;最后以提取到的孔洞边缘曲面作为初始观察面,通过卷积和合成两个交替的步骤进行体素扩散完成孔洞修补。实验表明该算法能够有效恢复复杂孔洞区域的显著几何特征,且适用于含有网格较多的模型的孔洞修复。     

基于测地回归模型的颅面复原

颅面复原是指根据一个未知颅骨的特征预测出对应的面貌,在考古研究、医学整容、刑事案件调查等领域有重要应用.为解决颅面复原过程中存在着数据量大、需要大量标定特征点的手工工作及颅面特征点定义困难的问题,针对三角网格表示的三维颅骨和面皮模型,将颅面模型用从鼻尖出发的一组测地线表示,提出了基于测地回归的颅面复原方法.该方法首先从...     

基于多尺度投影的相似颅骨检索

在基于模板变形的颅面复原方法中,复原的开始阶段需要在数据库中选取与待复原颅骨最为相似的参考颅骨.鉴于基于三维模型的检索算法时间久且颅骨间的差异细微,从而不同于一般三维模型数据库中各模型的差异.因此,已有的三维模型检索算法不适用于颅骨检索.本文提出一种夹角信息和距离信息融合的颅骨轮廓特征提取算法,并在此基础上提出一种能够反映颅骨空域信息的剖面特征提取算法.检索时首先获取三维颅骨的正交投影和深度投影,通过正交投影获取轮廓的角度和距离特征,通过深度投影获得具有空域信息的剖面特征;然后对多个特征进行加权融合搜索到最相似颅骨;最后通过ICP+TPS对检索到的颅骨进行误差评估.实验表明,本算法在保证检索效率的同时,可以准确地应用在颅面复原前期对最相似颅骨的选择上.     

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。     

A sharpness-dependent filter for recovering sharp features in repaired 3D mesh models

This paper presents a sharpness-based method for hole-filling that can repair a 3D model such that its shape conforms to that of the original model. The method involves two processes: interpolation-based hole-filling, which produces an initial repaired model; and post-processing, which adjusts the shape of the initial repaired model to conform to that of the original model. In the interpolation-based hole-filling process, a surface interpolation algorithm based on the radial basis function creates a smooth implicit surface that fills the hole. Then, a regularized marching tetrahedral algorithm is used to triangulate the implicit surface. Finally a stitching and regulating strategy is applied to the surface patch and its neighboring boundary polygon meshes to produce an initial repaired mesh model, which is a regular mesh model suitable for post-processing. During post-processing, a sharpness dependent filtering algorithm is applied to the initial repaired model. This is an iterative procedure whereby each iteration step adjusts the face normal associated with each meshed polygon to recover the sharp features hidden in the repaired model. The experiment results demonstrate that the method is effective in repairing incomplete 3D mesh models.     

用C-C细分法和流形方法构造G2连续的自由型曲面

通过改进Cotrina等利用流形方法构造n边曲面片的算法,以C-C细分网格奇异点的5一环作为控制网构造出了带有均匀三次B样条边界的n边曲面片,使得该曲面片和C-C细分曲面G^2拼接．在此基础上,讨论了C-C细分曲面中n边域的构造和填充,从而为基于任意拓扑网格构造低次G^2连续曲面的问题给出了一个有效的解决方案,实现了用流形方法构造的曲面和C-C细分曲面的融合．最后,给出了几个具体算例．     

三角网格模型的各向异性孔洞修补算法

提出一种用于三角网格模型的各向异性孔洞修补算法.该算法避免了高代价的孔洞多边形最优三角化求解过程,只需对其进行一般三角化;而后通过很少次数的迭代过程对孔洞三角化后的网格进行细化和几何形态的调整,使其和周边网格自然过渡.实验结果证明,该算法高效、稳定,能够处理各种类型的孔洞.     

基于移动节点的无线传感器网络覆盖空洞修复方法

无线传感器网络（ WSNs）一旦产生覆盖空洞,则会严重影响网络性能,针对此问题,提出了一种基于移动节点的覆盖空洞修复算法——联合补丁法,该算法按照预先制定的缝制方案把所需的移动节点“缝制”成一块大的“布”,然后对空洞进行直接修复。首先,在理论上证明了该算法的性能;其次,用Matlab进行仿真实验,并与基于移动节点的三角形逐个贴片修复算法（ PATT）在所需节点数和冗余度两方面进行对比;最后,对算法的稳定性进行了分析。最终表明：该算法具有较高的覆盖率和较低的冗余度。     

结合插值细分和径向基函数的3维扫描数据孔洞修补

目的 逆向工程中3维扫描数据通常产生孔洞影响逆向造型精度.针对已有算法补洞会导致的边界突变问题,提出基于插值细分和基于径向基函数的孔洞修复算法。方法 首先,对有噪声孔洞边界进行拉普拉斯平滑预处理;其次,通过快速重心插值细分孔洞;然后,结合孔洞周围曲率信息,利用边界和法线约束点进行隐式曲面求解;最后,利用求得的隐式曲面方程,利用梯度下降法调整孔洞插值点,获得平滑修补孔洞结果。结果 对3维经典造型以及实际机械工件等两类不同的数据进行扫描并进行孔洞修补实验。由于算法针对有噪声孔洞结合了孔洞周围曲率信息并通过插值细分进行约束求解,保证了补洞效果的平滑性。实验结果表明,本文算法使得基于径向基函数隐式曲面对有噪声孔洞的适应性更强,其修补结果更加平滑,符合周围曲率变化,改进了已有孔洞修补的边缘突变和修补痕迹明显问题。结论 本文算法针对基于径向基函数的隐式曲面求解对噪声敏感的局限性,进行平滑预处理,结合孔洞周围曲率,提高了孔洞修补效果。由于基于径向基函数的隐式曲面对光顺的流形曲面模拟较好,所以算法对特征孔洞的修补存在一定的不足,快速重心插值法针对不规则孔洞也有一定的局限性。     

三维重建网格模型的缺陷孔洞识别与修复方法

针对三维重建网格模型经常出现异常缺失孔洞的问题,提出一种缺陷孔洞自动识别与孔洞区域细节特征保持的曲面修复方法。首先对缺失区域的上下文及轮廓曲线进行异常检测以判断是否为缺陷孔洞, 确认为缺陷孔洞后对孔洞周边的特征线进行检测与匹配构造孔洞区域的基曲面;之后引进一个无约束的三角剖分对基曲面进行三角化;最后利用网格的各向异性进行细化及形态调整,改善网格的拓扑结构和几何性质。实验结果表明,该方法能够有效地识别三角网格模型的缺陷孔洞区域并还原其细节特征。     

A piecewise hole filling algorithm in reverse engineering

While scanning a complex part in reverse engineering, it is not possible to acquire all part of the scanned surface. Data are inevitably missing due to the complexity of the scanned part or imperfect scanning process. Missing scanned data cause holes in the created triangular mesh, so that a hole-free mesh model is prerequisite for fitting watertight surfaces. Although a number of hole filling algorithms have been investigated, they enable to fill holes only on the smooth regions of a model. They are not always robust in the regions of high curvature. This paper proposes a novel methodology that can automatically fill complex polygonal holes with a piecewise manner. It incrementally splits a complex hole into several simple holes with respect to the 3D shape of the hole boundary, and then it consecutively fills each divided simple hole with planar triangulation method until the entire complex hole is firmly closed. Finally smoothing and subdivision techniques are applied for enhancing the hole triangles. The newly created vertices and triangles are added to their respective lists and the topology information is updated. The method has proven to be robust and effective from the result of test with a variety of complex holes. Examples are given and discussed to validate the methodology.     

Geometry completion and detail generation by texture synthesis

We present a novel method for patching holes in polygonal meshes and synthesizing surfaces with details based on existing geometry. The most novel feature of our proposed method is that we transform the 3D geometry synthesis problem into a 2D domain by parameterizing surfaces and solve this problem in that domain. We then derive local geometry gradient images that encode intrinsic local geometry properties, which are invariant to object translation and rotation. The 3D geometry of holes is then reconstructed from synthesized local gradient images. This method can be extended to execute other mesh editing operations such as geometry detail transfer or synthesis. The resulting major benefits of performing geometry synthesis in 2D are more flexible and robust control, better leveraging of the wealth of current 2D image completion methods, and greater efficiency.