断裂面匹配的破碎刚体复原

提出一种根据断裂面匹配进行破碎刚体复原的算法。首先根据积分不变量采用简单区域生长算法,将碎块表面以棱边为界限分割成多张曲面,根据法矢扰动区分出断裂面和原始面;然后根据断裂面顶点的平均积分不变量是否相近和邻域曲面是否相似,获得少量特征显著的相似点对,其中采用基于相容性约束的方法判断邻域曲面的相似性;之后采用引入三角形相似约束的穷举搜索的方法和投票机制进行断裂面的匹配;最后使用基于回溯的子图融合的方法进行碎块的整体拼合。实验结果表明,该算法能够对较复杂的碎块进行准确的拼接复原。     

曲面三角网格模型顶点法矢计算与交互式分割

本文给出一种三角网格模型顶点法矢计算公式,该公式采用网格模型中三角片面积与顶角角度综合加权,其计算精度高于现有的面积加权计算方法．另外,本文还提出了一种简便灵活的任意拓扑曲面三角网格模型交互式分割方法．利用该方法,可有效地将任意拓扑三角网格模型分割为几个与盘形拓扑同胚的区域,为后续处理提供方便。     

刚体破碎特效仿真研究

破碎是真实世界中普遍存在的物理现象,刚体破碎仿真也在各领域中被广泛应用.本文分别从基于物理和基于非物理的建模方法产生的不同刚体破碎特效,阐述分析刚体破碎仿真的研究现状,结合当下研究和现存问题给出相关建议,并对下一步的刚体破碎研究做指引.     

基于Voronoi图的实时刚体破碎模拟

为了实现具有较强物理真实感的刚体破碎实时模拟,提出了一种基于预计算和Voronoi图的刚体破碎模拟方法.首先分析脆性刚体材料破碎过程,得到拟合性较好的正态分布种子点,在此基础上采用脱机增量算法和格雷厄姆凸包生成算法,生成刚体破碎的Voronoi多边形;然后根据能量守恒方程和材料力学分析,计算破碎区和裂纹区的半径,并根据碰撞过程中的能量转换约束条件推导出破碎后的碎片速度;最后计算碎片间的碰撞检测以及碰撞后的速度、姿态等,得到碎片的运动状态.实验结果表明,该方法不仅可以满足游戏、仿真中交互的实时性需求,同时碎片的产生以及运动符合物理规律,具有较强的真实感.     

基于PhysX物理引擎的刚体破碎特效仿真

鉴于刚体破碎特效仿真方法中存在的不足,提出了一种预破碎物理方法进行刚体破碎特效仿真。预先构建破碎模型,将几何模型剖分为若干碎块,物理环境下物理引擎将破碎模型创建为动态刚体。受力后碎块分离出来,以牛顿第二定律为理论基础,碎块进行相应的运动,实现了完整的刚体破碎特效仿真。实验结果表明,该方法既满足了效果的真实感又达到了实时性,仿真结果应用于钻井中地层岩石在钻头作用力下的破碎效果,提取了相应参数,完成了不同参数调控下的破碎效果展示。     

实时刚体破碎特效仿真研究

刚体仿真是图形学研究的热点之一,但是单纯依据物理规律进行仿真达不到实时性要求.依据攻击武器的运动轨迹在目标的八叉树结构上抽取空间连续的子块,设计了一种摧毁区域锁定算法;提出一种刚体预破碎模式,采用线性约束连接子块和块内元素,并用统一的算法检测由攻击武器的碰撞引起的约束动态受损情况.线性约束的不同程度破损或导致子块的分裂,或导致块内基础元素的分裂,将形成不同程度的破碎特效.最后设计了实时刚体破碎特效实验方案并构建仿真系统.实验表明,该种模式不仅较好地体现了刚体破碎特效,也简化了刚体破碎仿真的复杂性,相应的破碎特效能够拓展到具有实时性需求的虚拟现实应用环境中.     

三角网格模型的基本群分割

提出一种有效的三角网格模型分割方法。用Dijkstra算法求出三角网格模型上任意给定一个基点到其余顶点的最短路径树;求出该模型对偶图的最大生成树,且对偶图的边与该最短路径树的边不相交;找出该模型上所有既不属于最短路径树也不和最大生成树相交的边,这些边分别与最短路径树组成的最短环集合就是给定基点处的基本群,沿着这些最短环就可以把网格分割成一个拓扑同胚于圆盘的区域。实验结果表明,该分割方法可以快速、有效地实现网格的分割。     

基于体元刚体破碎特效仿真

本文提出一种局部预破碎模式,通过八叉树剖分对体元模型进行结构化并与用户交互式地锁定局部破碎区域,再在模型结构上抽取包含在破碎区域内的离散体元,最后使用线性约束连接抽取出的体元进行动力学仿真。仿真过程中外界碰撞冲击线性约束并使之受损,文中使用统一算法检测损坏的约束,约束的损坏使得体元分离出去形成破碎现象。实验表明,该模式较好地体现了破碎效果,一定程度上提高了仿真实时性。     

多样化实时刚体破碎模拟

目的 现有刚体破碎仿真模拟中,基于物理受力分析的方法往往难以应用在对实时性要求较高的场景中;而基于非物理方法的破碎模拟,破碎效果大多缺乏多样性。为了使得破碎模拟同时满足实时性和破碎效果多样化,提出了一种多样化实时刚体破碎模拟方法。方法 进行破碎模拟时首先由选定的种子点生成类型得到种子点集,采用Sweep Plane算法生成Voronoi图后基于Voronoi图信息对模型进行空间剖分;然后选择破碎时行为模拟方式,对物体破碎时所受外力进行模拟;最后对破碎时碰撞检测及碰撞后碎片的运动过程进行模拟并渲染显示。结果 通过组合不同的种子点生成类型和破碎时行为模拟方式,得到了多样化的刚体破碎效果。对单个刚体进行破碎模拟时,碎片数目不超过200个时帧率可以达到75帧/s,满足实时性的需求;对多个可破碎目标同时存在的复杂场景,破碎仿真模拟的平均帧率可以达到50帧/s,同样满足实时性要求;与现有方法对比的结果也验证了本文方法在计算效率和破碎效果多样性两方面达到了较好的平衡。结论 本文方法在满足实时性要求的同时,丰富了刚体破碎的效果,不同种子点生成类型和破碎时行为模拟方式的组合可以实现破碎效果多样性。     

破碎刚体三角网格曲面模型的特征轮廓线提取方法

区分了三角网格曲面模型上的三组概念：外表面与断裂面、内外边及内外轮廓线．运用内外边的性质快速提取了外轮廓线,采用法矢夹角计算和统计方法获取了模型上断裂面与原表面夹角的经验阈值及断裂面面积的上限,继而确定候选特征点集,最后利用扫描线算法获取包络于候选特征点集的内轮廓线．基于以上步骤提出三角网格曲面模型的特征轮廓线提取方法,该方法正确提取了破碎刚体模型的特征轮廓线,使空间曲线匹配得以进行．     

基于医学图像的复杂曲面重建

为了更准确地重建复杂的三维医学数据模型,把二维医学图像轮廓线上的像素点转化为三维点云,引入经典的泊松点云重建技术。由于泊松重建的效果依赖于点云法向的准确性,针对轮廓线数据的特点,结合图像二维梯度方向,给出了点云法向的一致定向及基于已知定向进一步精确估计法向的方法。泊松重建方法作为一种隐式重建技术,可以很好地处理医学图像数据中经常存在的噪声、拓扑复杂等问题。鼻咽喉模型重建的结果说明,一致定向方法改进了传统的一致定向方法,得到了更为准确的医学重建模型。     

切片级管线表面三维重建

在比较表面重建中的面绘制法和体绘制法以及面绘制中的切片级和体素级两种表面重建方法、分析表面重建流程的基础上,提出了一种计算型值点集的方法,它在计算弯道部分的管线时较为简便。该方法通过二次曲面求管线表面轮廓方程进而求得管线的型值点集。之后用三角网格对型值点集进行拼接来获得管线的表面模型,最后利用图形学的方法对管线表面模型进行绘制,达到管线表面三维重建的目的。文末利用Java3D给出了一个具体的实现。     

在机检测中三角网格拓扑重建方法的研究

对STL（Stereo Lithographic）模型中三角面片进行拓扑重建是解决在机检测系统中对零件模型表面进行曲面划分的前提条件之一。在建立点-边拓扑关系的基础上,将原有基于顶点坐标值浮点数比较的半边匹配结构转化为基于索引值的整型数匹配,并提出了基于关联-散列结构三角网格拓扑重建方法。该方法采用散列结构为辅助数据结构来减少STL模型顶点归并和边界归并的计算量,利用STL模型相邻网格单元数据相关性降低哈希函数的构建难度并提高冲突处理效率,在滤除冗余数据的同时完成拓扑关系的建立。计算实例验证了该算法的高效性和有效性。     

三角网格模型分治加工中区域分割算法的研究

提出分治加工策略以保证复杂三角网格模型数控加工同时具有较高的加工效率和加工精度;针对分治加工的需求,提出一种将机械零件三角网格模型分割成具有加工意义区域的算法。算法采用半边数据结构,基于区域生长原理,以二面角结合刀轴矢量为区域生长的驱动信号,实现了三角网格模型内子加工区域的快速分割。为了避免过分割现象,实现了小区域或误判区域的优化合并处理算法。运行实例表明了该算法能够有效实现加工模型的区域分割。     

离散三角网格模型顶点法矢量估算

提出一种新的三角网格模型顶点法矢估算方法,采用以三角网格顶点一阶邻域三角形的形状因子与顶点到三角形质心距进行综合加权的方法。同时指出：在同等三角网格曲面,随着三角网格划分精度的提升,网格顶点法矢估算精度有增大趋势;在同等网格划分精度条件下,对于平均曲率小以及平均曲率变化率小的三角网格模型,其网格顶点法矢估算精度也有增大趋势。实例计算和误差分析表明,该方法的计算结果更为精确合理。     

三维表面纹理高度重建中的光线不均校正

因三维表面纹理能比二维纹理更好地表现物体的纹理信息,而且随场景光照及视角的变化而变化,所以被广泛用于虚拟现实以及计算机游戏等技术之中。Photometric Stereo作为一种有效的获取三维表面纹理信息的技术而被人们所广泛关注。均匀的光照条件是Photometric Stereo捕获和重建三维表面纹理成功的关键条件。在现实应用中,不均匀光照会导致三维表面纹理在捕获和重建过程中发生失真和畸变。针对这种失真和畸变进行了研究,并提出了一种解决此类问题的方法。实验结果表明,该方法简单可行,有效。     

曲面的有限元网格顶点法矢算法

分析计算有限元三角形网格顶点法矢的各种算法原理,比较各种算法的结果精度,指出Max方法考虑了三角形网格的形状,且本质上是一种通过对四面体进行外接球面拟合的计算方法,结果精度很高.在此基础上,针对曲面在有限元网格划分后可能同时存在三角形网格和四边形网格,提出适应于单独的三角形网格和四边形网格与两者并存的混合网格的顶点法矢求取算法,计算结果表明了算法的适应性和有效性.     

MASR-PSN：低分光度立体图像的高分法向重建深度学习模型

目的 光度立体算法是一种单视角下的稠密三维重建方法,其利用相同视角下来自不同光照方向的一系列图像恢复像素级的表面法向。拍摄光度立体图像所用的高分辨率线性响应相机的成本十分昂贵且难以获取,很难通过传感器直接获取超高分辨率图像来恢复高分辨率表面法向。因此,提出一种基于深度神经网络的光度立体超分算法,以从低分光度立体图像中恢复出准确的高分表面法向。方法 首先,对原始的低分光度立体图像进行归一化预处理操作,以消除剧烈变化的表面反射率影响,并消减过饱和镜面反射的影响。随后,提出多层聚合超分光度立体网络（multi-level aggregation super resolution photometric stereo network,MASR-PSN）。MASR-PSN包含一个新颖的深浅层融合的最大池化聚合框架、权值共享的特征回归器、并行设计的不同尺寸卷积核的并行回归器结构,能够在保留多尺度信息的同时,增强特征表示,防止模式坍塌学习到某一固定尺度相关的非重要特征,以及防止3×3卷积核带来空间域上的过度平滑。结果 广泛的消融实验证明了提出的深浅层聚合层和并行权值共享回归器的有效性,能明显减少生成表面法向的平均角度误差（mean angular error,MAE）。本文方法仅需其他方法一半分辨率的光度立体图像,而能准确地恢复出复杂表面的结构。DiLiGenT benchmark数据集的定量实验和Light Stage Data Gallery数据集、 Gourd数据集的定性实验显示,MASR-PSN在预测表面法向精确度方面有明显提升。在DiLiGenT benchmark数据集中,本文方法在仅使用其他方法一半分辨率的光度立体图像的情况下,以96幅图像为输入时,取得7.31°的平均角度误差,比最佳方法提升0.08°,以10幅图像为输入时,取得9.00°的平均角度误差,比最佳方法提升0.43°。结论 提出的MASR-PSN方法提升了光度立体任务表面法向重建的准确性,在低分辨率的输入图像下,依然可以恢复出细节清晰的超分辨率表面法向。     

基于离散数据的自由曲面三角网格实现算法

针对自由曲面三角网格实现过程中三角网格的数目和形态等质量问题,提出一种采用最小权法直接实现三角划分的算法。分析和总结了三角形网格的优化方法,制定了具体的三维优化过程,不仅分析指出了现在主流三维划分的优点和局限性,而且结合环域网格的特点,制定了用增加点法完成的三维优化方法。提高了三角划分的速度,改善了三角单元质量,并提高了对三角单元进行修正的速度,实验结果证明了算法的有效性。