细分曲面拟合的局部渐进插值方法

逼近型细分方法生成的细分曲面其品质要优于插值型细分方法生成的细分曲面.然而,逼近型细分方法生成的细分曲面不能插值于初始控制网格顶点.为使逼近型细分曲面具有插值能力,一般通过求解全局线性方程组,使其插值于网格顶点.当网格顶点较多时,求解线性方程组的计算量很大,因此,难以处理稠密网格.与此不同,在不直接求解线性方程组的情况下,渐进插值方法通过迭代调整控制网格顶点,最终达到插值的效果.渐进插值方法可以处理稠密的任意拓扑网格,生成插值于初始网格顶点的光滑细分曲面.并且经证明,逼近型细分曲面渐进插值具有局部性质,也就是迭代调整初始网格的若干控制顶点,且保持剩余顶点不变,最终生成的极限细分曲面仍插值于初始网格中被调整的那些顶点.这种局部渐进插值性质给形状控制带来了更多的灵活性,并且使得自适应拟合成为可能.实验结果验证了局部渐进插值的形状控制以及自适应拟合能力.     

用逼近型√3细分方法构造闭三角网格的插值曲面

为了避免用逼近型3~(1/2)细分方法构造插值曲面过程中出现的烦琐运算,利用3细分方法极限点计算公式,提出一种用逼近型3~(1/2)细分方法构造闭三角网格插值曲面的方法.给定待插值的闭三角网格,先用一个新的几何规则与原3~(1/2)细分方法的拓扑规则细分一次得到一个初始网格,用3~(1/2)细分方法细分该初始网格得到插值曲面;新几何规则根据极限点公式确定,保证了初始网格的极限曲面插值待插值的三角网格.由于初始网格的顶点仅与待插值顶点2邻域内的点相关,所以插值曲面具有良好的局部性,即改变一个待插值点的位置时,只影响插值曲面在其附近的形状.该方法中只有确定初始网格顶点的几何规则与原3细分方法不同,故易于整合到原有的细分系统中.实验结果表明,该方法具有计算简单、有充分的自由度调整插值曲面的形状等特点,使得利用3~(1/2)细分方法构造三角网格的插值曲面变得极其简单.     

用逼近型3~(1/2)细分方法构造闭三角网格的插值曲面

为了避免用逼近型3~(1/2)细分方法构造插值曲面过程中出现的烦琐运算,利用3细分方法极限点计算公式,提出一种用逼近型3~(1/2)细分方法构造闭三角网格插值曲面的方法.给定待插值的闭三角网格,先用一个新的几何规则与原3~(1/2)细分方法的拓扑规则细分一次得到一个初始网格,用3~(1/2)细分方法细分该初始网格得到插值曲面;新几何规则根据极限点公式确定,保证了初始网格的极限曲面插值待插值的三角网格.由于初始网格的顶点仅与待插值顶点2邻域内的点相关,所以插值曲面具有良好的局部性,即改变一个待插值点的位置时,只影响插值曲面在其附近的形状.该方法中只有确定初始网格顶点的几何规则与原3细分方法不同,故易于整合到原有的细分系统中.实验结果表明,该方法具有计算简单、有充分的自由度调整插值曲面的形状等特点,使得利用3~(1/2)细分方法构造三角网格的插值曲面变得极其简单.     

基于C-C细分的四边形网格上插值光滑Bézier曲面的生成

在任意拓扑的四边形网格上构造光滑的曲面是计算机辅助几何设计中的一个重要问题.基于C-C细分,提出一种从四边形网格上生成插值网格顶点的光滑Bézier曲面片的算法.将输入四边形网格作为C-C细分的初始控制网格,在四边形网格的每张面上对应得到一张Bézier曲面,使Bézier曲面片逼近C-C细分极限曲面.曲面片在与奇异顶点相连的边界上G1连续,其他地方C2连续.为解决C-C细分的收缩问题,给出了基于误差控制的迭代扩张初始控制网格的方法,使从扩张后网格上生成的曲面插值于初始控制网格的顶点.实验结果表明,该算法效率高,生成的曲面具有较好的连续性,适用于对四边化后的网格模型上重建光滑的曲面.     

自适应屏幕分辨率的海底地形建模研究

针对海底地形水深数据插值点数定量化计算问题,提出一种自适应屏幕分辨率的海底地形三维可视化建模方法.首先提取电子海图存储的稀疏水深数据,利用三角形内插法得到网格顶点高度值,接着将海底地形水平面均匀划为初始二维网格,然后自动获取显示设备屏幕分辨率,引入单元网格像素值定量化求解得到插值点数,最后采用多项式拟合法对初始网格顶点...     

非均匀B样条曲面顶点及法向插值

本文以非均匀Catmull-Clark细分模式下的轮廓删除法为基础,通过在细分网格中定义模板并调整细分网格的顶点位置,为非均匀B样条曲面顶点及法向插值给出了一个有效的方法．该细分网格由待插顶点形成的网格细分少数几次而获得．细分网格的顶点被分为模板内的顶点和自由顶点．各个模板内的顶点通过构造优化模型并求解进行调整,自由顶点用能量优化法确定．这一方法不仅避免了求解线性方程组得到控制顶点的过程,而且在调整顶点的同时也兼顾了曲面的光顺性．     

基于C—C细分的四边形网格上插值光滑Bezier曲面的生成

在任意拓扑的四边形网格上构造光滑的曲面是计算机辅助几何设计中的一个重要问题．基于C—C细分,提出一种从四边形网格上生成插值网格顶点的光滑Bezier曲面片的算法．将输入四边形网格作为C—C细分的初始控制网格,在四边形网格的每张面上对应得到一张Bezier曲面,使Bezier曲面片逼近C—C细分极限曲面．曲面片在与奇异顶点相连的边界上G^1连续,其他地方C^2连续．为解决C—C细分的收缩问题,给出了基于误差控制的迭代扩张初始控制网格的方法,使从扩张后网格上生成的曲面插值于初始控制网格的顶点．实验结果表明,该算法效率高,生成的曲面具有较好的连续性,适用于对四边化后的网格模型上重建光滑的曲面．     

基于顶点法向量约束的Catmull-Clark细分插值方法

提出一种基于顶点法向量约束实现插值的两步Catmull-Clark细分方法.第一步,通过改造型Catmull-Clark细分生成新网格.第二步,通过顶点法向量约束对新网格进行调整.两步细分分别运用渐进迭代方法和拉格朗日乘子法,使得极限曲面插值于初始控制顶点和法向量.实验结果证明了该方法可同时实现插值初始控制顶点和法向量,极限曲面具有较好的造型效果.     

屏幕空间自适应的地形Tessellation绘制

为了在大规模真实感地形渲染中利用GPU硬件加速的Tessellation技术,在对地形Tessellation原理分析的基础上,提出一种屏幕空间自适应的地形Tessellation绘制算法,实现了在GPU内部对地形模型的三角形自适应细分。该算法采用Tile和Patch的形式对地形数据进行分层组织,在CPU和GPU上分别以Tile和Patch为基础实现地形LOD(level of detail)的自适应简化;提出在Hull Shader上基于Patch边界的细分系数计算模型,确保了Patch细分时的无缝连接;给出了Domain Shader上置换贴图的处理过程,以实现细分顶点的高程纹理映射;并且采用了两级视锥体裁剪机制,减少了渲染数据的冗余量。实验结果表明,该算法具有较好的屏幕空间自适应性和渲染性能,能够在输入粗糙网格的基础上,渲染输出高分辨率几何细节特征的地形模型。     

形状可调的Loop 细分曲面渐进插值方法

针对Loop 细分无法调整形状与不能插值的问题,提出了一种形状可调的Loop 细分 曲面渐进插值方法。首先给出了一个既能对细分网格顶点统一调整又便于引入权因子实现细分曲 面形状可调的等价Loop 细分模板。其次,通过渐进迭代调整初始控制网格顶点生成新网格,运 用本文的两步Loop 细分方法对新网格进行细分,得到插值于初始控制顶点的形状可调的Loop 细分曲面。最后,证明了该方法的收敛性,并给出实例验证了该方法的有效性。     

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。     

Semi-regular Quadrilateral-only Remeshing from Simplified Base Domains

Semi-regular meshes describe surface models that exhibit a structural regularity that facilitates many geometric processing algorithms. We introduce a technique to construct semi-regular, quad-only meshes from input surface meshes of arbitrary polygonal type and genus. The algorithm generates a quad-only model through subdivision of the input polygons, then simplifies to a base domain that is homeomorphic to the original mesh. During the simplification, a novel hierarchical mapping method, keyframe mapping , stores specific levels-of-detail to guide the mapping of the original vertices to the base domain. The algorithm implements a scheme for refinement with adaptive resampling of the base domain and backward projects to the original surface. As a byproduct of the remeshing scheme, a surface parameterization is associated with the remesh vertices to facilitate subsequent geometric processing, i.e. texture mapping, subdivision surfaces and spline-based modeling.     

Adaptive and Feature-Preserving Subdivision for High-Quality Tetrahedral Meshes

We present an adaptive subdivision scheme for unstructured tetrahedral meshes inspired by the       -subdivision scheme for triangular meshes. Existing tetrahedral subdivision schemes do not support adaptive refinement and have traditionally been driven by the need to generate smooth three-dimensional deformations of solids. These schemes use edge bisections to subdivide tetrahedra, which generates octahedra in addition to tetrahedra. To split octahedra into tetrahedra one routinely chooses a direction for the diagonals for the subdivision step. We propose a new topology-based refinement operator that generates only tetrahedra and supports adaptive refinement. Our tetrahedral subdivision algorithm is motivated by the need to have one representation for the modeling, the simulation and the visualization and so to bridge the gap between CAD and CAE. Our subdivision algorithm design emphasizes on geometric quality of the tetrahedral meshes, local and adaptive refinement operations, and preservation of sharp geometric features on the boundary and in the interior of the physical domain.     

A Shrink Wrapping Approach to Remeshing Polygonal Surfaces

Due to their simplicity and flexibility, polygonal meshes are about to become the standard representation for surface geometry in computer graphics applications. Some algorithms in the context of multiresolution representation and modeling can be performed much more efficiently and robustly if the underlying surface tesselations have the special subdivision connectivity. In this paper, we propose a new algorithm for converting a given unstructured triangle mesh into one having subdivision connectivity. The basic idea is to simulate the shrink wrapping process by adapting the deformable surface technique known from image processing. The resulting algorithm generates subdivision connectivity meshes whose base meshes only have a very small number of triangles. The iterative optimization process that distributes the mesh vertices over the given surface geometry guarantees low local distortion of the triangular faces. We show several examples and applications including the progressive transmission of subdivision surfaces.     

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。     

面向三角网格的自适应细分

细分曲面存在的一个问题是随着细分次数的增多，网格的面片数迅速增长，巨大的数据量使得细分后的模难以进行其它处理。针对这个问题，该文利用控制点的局部信息提出了一种基于Loop模式的自适应细分算法，利用该算法可避免在相对光滑处再细分，与正常细分相比，既大大减少了数据量，提高了模型的处理速度，又达到了对模型进行细分的目的。     

Multiresolution Shape Deformations for Meshes with Dynamic Vertex Connectivity

Multiresolution shape representation is a very effective way to decompose surface geometry into several levels of detail. Geometric modeling with such representations enables flexible modifications of the global shape while preserving the detail information. Many schemes for modeling with multiresolution decompositions based on splines, polygonal meshes and subdivision surfaces have been proposed recently. In this paper we modify the classical concept of multiresolution representation by no longer requiring a global hierarchical structure that links the different levels of detail. Instead we represent the detail information implicitly by the geometric difference between independent meshes. The detail function is evaluated by shooting rays in normal direction from one surface to the other without assuming a consistent tesselation. In the context of multiresolution shape deformation, we propose a dynamic mesh representation which adapts the connectivity during the modification in order to maintain a prescribed mesh quality. Combining the two techniques leads to an efficient mechanism which enables extreme deformations of the global shape while preventing the mesh from degenerating. During the deformation, the detail is reconstructed in a natural and robust way. The key to the intuitive detail preservation is a transformation map which associates points on the original and the modified geometry with minimum distortion. We show several examples which demonstrate the effectiveness and robustness of our approach including the editing of multiresolution models and models with texture.     

基于STL文件的Laplacian网格优化算法

针对三角网格模型优化算法对模型几何细节描述不够精确的问题,提出一种基于Laplacian坐标的网格模型全局优化算法。模型几何细节描述方面,采用网格顶点Laplacian坐标。网拓扑结构不变的前提下,可精确描述网格曲面局部几何特性。顶点重新定位方面,采用在最小二乘意义下求解由权重控制的包含顶点位置,以及Laplacian坐标双重约束的线性系统最优解的方法。实验结果表明,该算法在优化提高模型三角面片质量的同时,可较好地保留原始模型的几何细节。     

面向移动计算终端的渐进几何简化方法

在移动计算终端上进行移动三维图形计算是一个重要的课题.针对移动计算终端屏幕小、计算能力低、无线网络带宽受限等特点,研究如何进行移动三维图形的渐进显示具有十分重要的意义.提出了利用Kobbelt四边形细分算法的逆过程迭代地进行简化的方法,通过迭代地把模型分割为奇点和作为简化模型的偶点,实现了对四边形网格几何模型的渐进式简化;提出了渐进显示的模式,通过把每一层的奇点作为可添加的细节信息,可以支持在终端上渐进显示不同细节模型并实现原模型的无损还原.完整的简化方法简单快速,可以高效地实现移动三维图形的渐进简化显示.最后在型号为Mio 336的PDA上的实验结果表明,研究成果在移动计算终端上进行实时交互等方面具有很好的应用前景.     

Interpolatory,solid subdivision of unstructured hexahedral meshes

This paper presents a new, volumetric subdivision scheme for interpolation of arbitrary hexahedral meshes. To date, nearly every existing volumetric subdivision scheme is approximating, i.e., with each application of the subdivision algorithm, the geometry shrinks away from its control mesh. Often, an approximating algorithm is undesirable and inappropriate, producing unsatisfactory results for certain applications in solid modeling and engineering design (e.g., finite element meshing). We address this lack of smooth, interpolatory subdivision algorithms by devising a new scheme founded upon the concept of tri-cubic Lagrange interpolating polynomials. We show that our algorithm is a natural generalization of the butterfly subdivision surface scheme to a tri-variate, volumetric setting.