实时交互的带浮雕纹理的三维模型构建方法

为了快速生成带浮雕纹理的三维模型,提出一种实时交互的浮雕纹理模型构建方法。方法分两步：第一步,将生成浮雕的源模型或图像转换为初始深度图,并进一步转换为梯度图,再通过梯度域的压缩、过滤,求解线性方程重建出整体连续的浮雕深度图;第二步,借助基于网格求交的浮雕纹理映射算法将浮雕深度图贴在目标模型表面,并通过移动、旋转、缩放等操作实时在目标模型三维空间上修改浮雕效果,最终重建目标模型网格,生成浮雕纹理模型。实验表明,所提方法可快速实现在一个目标模型上生成凹浮雕、凸浮雕、多浮雕等效果,所得模型无需经过其他处理,可直接应用于3D打印,打印效果较好。     

基于二次误差的三角网格自适应细分算法研究

提出一种基于二次误差的三角网格自适应细分算法,该算法采用二次误差描述三角网格的曲率变化情况,只对二次误差大于阈值的三角面片进行细分,避免了在较平坦区域再进行细分,以较少的三角面片表达了模型的特征,实现三角网格的自适应细分.与全局细分相比,自适应细分既可增加模型光顺性,又可减少模型的数据处理量,提高细分效率.     

三角网格的自适应细分研究

提出面向三角网格全局细分和局部自适应的细分算法。在原三角网格模型上计算每个面片的中心坐标,据此生成的中心坐标点作为新的顶点坐标进行重新绘制得到三角基网格,然后进行多次迭代,达到基本的全局细分目标。在最后生成的基网格上,可以通过调节最大网格面积和平均网格面积之间的比例系数等,来得到更加均匀的三角网格。实验表明该方法能到得到质量较高的细分结果。     

基于动态空间索引结构的三角网格模型布尔运算

针对目前三角网格模型布尔运算运行效率低的问题,提出了一种三角网格模型的动态空间索引结构,基于该结构可快速定位2个网格模型之间的相交区域,求解其交线;进而沿交线将每一三角网格模型分割成2个子网格模型,通过子网格模型的不同拼接生成三角网格模型的布尔运算结果.实例结果证明,该算法可准确地求解交线数据,有效地提高三角网格模型的布尔运算效率,并适用于各种复杂型面三角网格模型.     

基于3维模型的数字浮雕生成技术

目的 浮雕是雕塑艺术的一种,根据其空间结构和用途的不同分为高浮雕、浅浮雕和凹浮雕3类。随着数字化技术和3D打印技术的发展,数字化浮雕的生成技术已经成为近年来计算机图形学领域的研究热点之一,从3维模型生成浮雕以其真实自然的效果成为浮雕生成的主要方法之一。为了使即将进入该领域的学者尽快了解该方法的现状和发展趋势,本文对3种类型的浮雕生成技术进行了系统的综述。方法 介绍了3种类型的浮雕生成技术,着重比较分析了基于3维网格模型的数字浅浮雕生成过程中的关键技术,存在问题及解决方案。针对复杂3维网格模型在生成数字凹浮雕过程中存在的部分细节信息丢失、特征线类型体现形式不完善、线条与形体间的过渡尚未解决、生成浮雕效果不自然等具体问题,提出了适用于3维复杂网格模型生成数字凹浮雕的研究方案。同时,从角色动画序列出发,对最优浮雕的生成技术进行了探讨,探讨结合信息熵理论计算选择最佳动作及观察视角的场景,还原艺术家的创作过程,为适用于面向3维打印的用户浮雕产品定制服务提供了可行的解决方案。结果 基于3维模型的浮雕生成方法是生成数字浮雕的一种重要方法,如何通过压缩和细节保持相关算法得到效果自然的浮雕模型一直是研究者们研究的热点问题。结论 虽然由3维模型生成数字浮雕是一种行之有效的方法,但是仍存在细节信息丢失、线条过渡不自然、特征线类型不完善等几个值得继续研究的问题,另外一个值得研究的问题就是如何智能地从3维动画序列生成浮雕。     

基于Powell-Sabin细分的参数曲面重建方法

将复杂几何体网格转换为参数曲面是CAD几何引擎设计中的关键问题.针对赋予四边形粗剖分结构的三角网格模型,提出一种基于Powell-Sabin细分的参数曲面重建方法.首先利用均值参数化方法建立每个粗四边形结构M_T到参数域D的映射,同时得到D的三角剖分Δ;然后对Δ进行一次Powell-Sabin细分得到加细三角剖分Δ^S,并且利用M_T的几何信息构造二元一次样条函数空间S(Δ^S)中的插值函数S;对D均匀采样之后,利用插值函数S得到规则型值点作为参数曲面表面点的近似;最后建立具有光顺性质的能量函数,求解出双三次B样条曲面的控制点网格,完成曲面重建.实验给出了柱面、鞍面等基础曲面和人头模型等自由曲面的重建结果.数值结果表明,与自适应算法相比,所提方法能够捕获由给定三角网格呈现的几何细节,重建复杂模型的点距均方误差减小38%.     

基于逆3 细分的渐进网格生成算法研究

提出一种基于逆3 细分的渐进网格生成算法,用于解决图形的快速传输和显示问 题。算法的基本思路是：将细密网格通过边折叠操作得到简化网格,以细分极限点逼近原始网 格为准则进行网格调整,采用3 细分得到高密度网格,调整后进行逆3 细分,即逐层次删除 部分顶点,生成用于重构渐进网格模型的基网格,并记录每层删除顶点在采用本层表示时相对 于细分计算位置的几何调整量。3 细分过程中三角片数量增长速度较慢,采用逆3 细分利于 生成多层次的渐进网格,经实例验证,逆3 细分生成渐进网格的效果能满足快速、多分辨率显 示要求。     

一种面向移动3D图形的几何简化方法

移动3D图形计算是无线网络和图形学高速发展产生的新研究领域.由于无线网络带宽和移动终端设备显示分辨率的限制,需要将3D图形进行分解压缩,依据不同的分辨率进行内容转码.提出了一种基于改进Loop细分的几何模型简化算法.一个稠密的几何网格通过反复操作3个步骤:顶点分裂、奇点预测和重新三角化,生成由稀疏的基网格和一系列偏移量组成的渐进网格.在奇点预测过程中,将改进Loop细分模板作为预测器.由于Loop细分相关联的顶点数目少,提高了几何模型简化和重建的速度.渐进网格易于在无线网络上渐进传输,并可在移动终端上无损重建3D图形.实验表明,算法简单、效率高,适用于移动环境下3D图形的应用.     

基于医学图像序列面绘制的骨组织快速成型方法

针对人工骨组织快速成型中轮廓线轨迹生成复杂、分层效率低的问题,提出了一种简化三角片模型分层过程的方法。应用移动立方块（MC）算法对医学图像序列进行面绘制重建,根据重建过程的顺序对三角片集合分组,然后采用对边追踪的方法计算切平面与其对应三角片数组的交点轮廓线数据。简化后的分层效率相对于三角网格文件（STL）模型分层平均提高了4.65%。实验结果表明,所提方法可以直接从人体骨组织医学图像序列生成可供3D打印的轮廓线数据,从而实现骨组织的快速成型。     

面向移动终端的三角网格逆细分压缩算法

针对移动用户的实时显示需求,提出一种基于逆细分的三角网格压缩算法.通过改进逆Butterfly简化算法,采用逆改版Loop模式,将细密的三角网格简化生成由稀疏的基网格和一系列偏移量组成的渐进网格;然后,通过设计偏移量小波树,将渐进网格进行嵌入式零树编码压缩.实验结果表明:该算法与以往方法相比,在获得较高压缩比的同时,运行速度较快.适用于几何模型的网络渐进传输和在移动终端上的3D图形实时渲染.     

Poisson-Boltzmann方程的并行有限元求解及网格自适应生成

说明如何利用并行自适应有限元软件平台PHG 求解生物分子溶液体系的非线性Poisson-Boltzmann方程,并介绍一种解决这类问题的方法,它将网格生成与自适应计算过程结合在一起,可自动产生合适的网格,避免复杂的曲面网格生成步骤.之前的网格生成工作有：（1） TMSmesh生成高斯曲面的三角网格; （2） TransforMesh删除自相交的三角网格; （3） ISO2Mesh提高表面网格质量3个步骤.而基于PHG的自适应加密模块可以在逐次调整网格的同时保持动态负载平衡,高效地得到计算网格用于近似求解非线性Poisson-Boltzmann方程.计算了小球模型和AChE系统,分别从误差指示子下降阶和溶剂化能收敛的角度验证了方法的有效性,并且还将网格生成算法成功地应用于gA离子通道.     

多分辨率三维建筑群建模与实时绘制技术

将纹理特征分析技术引入到多边形网格建模中,提出一种基于高程特征值进行曲面细分的算法以构建多分辨率虚拟建筑群模型。该算法给出一种三角边与纹理特征曲线相交的三角面分裂方法构造自适应细分三角网格。通过设计细分三角网格的二叉树数据结构和开发测试程序进行测试,表明该算法具有自适应网格速度快和保持几何特征较好的特点,可以满足在PC机上实现三维建筑群的大范围建模和实时交互显示要求。     

基于流形调和变换的浅浮雕生成算法

针对利用3D网格生成浅浮雕不能使用精确的网格表示、浮雕细节保持特性依赖于规则采样高度域上分辨率的问题,提出一种基于3D网格频域分析的浅浮雕算法.从信号处理的角度出发,首先利用网格的几何微分性质和拓扑结构通过离散调和变换将网格的深度信号变换到频域;其次提出一种基于几何频率能量的频域划分策略,将频率分割为低频、高频和噪声,再对低频进行线性压缩,利用各项同性的扩散函数对高频进行自适应非线性压缩并过滤噪声,得到信号在频域上一组新的变换系数;最后利用调和逆变换将处理后的频域映射到信号的空域重建浮雕模型.实验结果表明,该算法可通过控制频谱的分割和扩散函数的参数实现浮雕模型细节的增强.     

基于逆3~(1/2)细分的渐进网格生成算法研究

提出一种基于逆3~(1/2)细分的渐进网格生成算法,用于解决图形的快速传输和显示问题。算法的基本思路是:将细密网格通过边折叠操作得到简化网格,以细分极限点逼近原始网格为准则进行网格调整,采用3~(1/2)细分得到高密度网格,调整后进行逆3~(1/2)细分,即逐层次删除部分顶点,生成用于重构渐进网格模型的基网格,并记录每层删除顶点在采用本层表示时相对于细分计算位置的几何调整量。3~(1/2)细分过程中三角片数量增长速度较慢,采用逆3~(1/2)细分利于生成多层次的渐进网格,经实例验证,逆3~(1/2)细分生成渐进网格的效果能满足快速、多分辨率显示要求。     

复杂表面物体3D模型的获取方法

提出了一种从真实物体中获得其3D模型的方法.该方法通过TOF- Camera获得原始的点云数据,在对点云数据进行三角化、分割、滤波去噪等处理后得到部分物体模型,然后再应用ICP(迭代最近点)算法对其进行配准.配准过程中为了节省内存,删掉重叠的冗余数据.最后对生成的数据进行网格重建,得到完整的网格模型.实验表明该方法能较为快速地获取真实物体的3D模型,显著提高TOF相机获取数据的质量.     

细分曲面求交交线计算方法的研究

主要针对三角网格的细分曲面求交提出了一种有效的交线计算的方法,该方法适用于任意三角网格的细分曲面中.在利用AABB和二部图进行初始控制网格相交性检测后,利用该方法快速有效地求出细分曲面的交线.     

基于三角面网格细化策略的改进种子填充算法

区域填充染色的一般解决方法并不适用于空间曲面.为解决该问题,提出一种适用于空间三角面网格的种子填充算法.通过改变种子点的判定方法,将平面种子填充算法扩展到空间三角面网格上,在细分三角面网格结构时,使用以轮廓线为引导的细分策略,并利用凸包的一些特殊性质对轮廓点进行筛选.实验结果表明,该算法可以较好地完成三角面网格的区域填充染色,在效率和填充效果方面都可以满足实际应用.     

基于边收缩的渐进网格模型生成算法

为了实现3D模型的渐进式网格模型表示,改进基于边收缩方式模型简化的收缩代价计算方法。本算法首先从SMF数据文件中读取模型数据信息,然后在内存中快速建立起3D模型,重新设计Garland算法中QEM的权值计算方法。以顶点相邻三角平面法向量最大偏差的平方作为顶点的重要程度并将其加入到误差测度公式中,通过简化最终生成渐进式网格模型。实验结果表明,本算法简练,网格模型生成速度快,模型轮廓信息保持完整。     

三维网格模型的稳定布尔运算算法

给出一种稳定、高效的三维网格模型的布尔运算算法。该算法首先,基于网格模型原始的拓扑关系,结合层次包围盒相交检测实现网格模型相交区域快速定位;然后,采用改进的空间三角形求交算法求解离散交线段数据,并对单个三角形重新进行Delaunay三角剖分;最后,通过建立交线段与相交三角形间的拓扑关系对交线快速跟踪提取,通过局部区域快速分类组合,实现三角网格模型的精确布尔运算。该算法能有效地处理各种特殊情况且运行稳定;程序实现简单,实例证明符合工程需求。     

双层可展剪刀结构的设计与建模

利用剪刀结构生成的可展物体能够起到节省空间的效果,在医疗、建筑、航空等领域有广泛的应用.为了使2层多边形线框结构能够折叠至一个平面并进行一体化打印,提出一种生成可展的2层多边形剪刀结构的方法.对于给定的2层多边形线框,通过对其进行旋转,平移和放缩变换,同时满足连接2层多边形的线段长度在变形过程中保持不变并避免碰撞,使其能够通过变形尽量压缩至一个平面;然后根据变换之后的线框结构生成相应的剪刀结构,并设计关节与连杆,将2层剪刀结构连接起来;最后建模得到一个完整的3D几何模型,进行一体化3D打印,无需后期组装.实验结果表明,该方法生成的免组装可展模型可在较短时间内打印完成,并实现预期变形,效果较好.