三维重构中层次性断层数据的处理技术

针对基于层次性断层数据的三维重构,通过引入嵌套矩阵构造嵌套树,再通过构造最小生成树的方法来解决轮廓线相邻层次间的对应问题,并以两轮廓环相互覆盖区域的大小作为约束条件.该方法把基于覆盖的轮廓线对应法和基于全局的轮廓线对应方法结合起来,降低了重构时轮廓拓扑关系判断的复杂性,又能准确的确定轮廓线间的对应关系.     

基于地层轮廓的三维重构的设计和实现

在进行海底地质地层调查勘探时,通常根据测量仪器采集的数据生成地层断面轮廓线,按照这些连续的轮廓线的分布特征及其灰底不同来粗略地分辨地层的性质.然而这些单一的剖面轮廓还不足以直观地反映该地域整体地层的三维形状分布信息.根据地质地层分布的特性,通过对相邻断层轮廓线点集的匹配和三角剖分算法来进行地层分布的三维重构,并利用基于三角域的Bernstein-Bezier曲面构造三次光滑曲面,从而模拟三维的地层分布效果图.     

基于层次性断层数据的三维重构技术

针对基于层次性断层数据的三维重构，提出了通过引入嵌套矩阵构造嵌套树，然后再通过构造最小生成树的方法来解决轮廓线相邻层次间的对应问题，并以两轮廓环相互覆盖区域的大小作为约束条件。该方法把基于覆盖的对应方法和全局轮廓对应方法结合起来，降低了重构时轮廓拓扑关系判断的复杂性，又能准确地确定轮廓对应关系。     

基于层次性断层数据的三维重构技术

针对基于层次性断层数据的三维重构,提出了通过引入嵌套矩阵构造嵌套树,然后再通过构造最小生成树的方法来解决轮廓线相邻层次间的对应问题,并以两轮廓环相互覆盖区域的大小作为约束条件。该方法把基于覆盖的对应方法和全局轮廓对应方法结合起来,降低了重构时轮廓拓扑关系判断的复杂性,又能准确地确定轮廓对应关系。     

三维物体表面重建的分支处理算法研究

根据平面点集Delaunay三角剖分的特性,将Delaunay三角剖分应用到分支问题上,改进和实现了一种分支问题处理算法。将相邻层轮廓线投影到同一个剖面上形成一个带约束边的平面点集,并将它们Delaunay三角化,根据这些三角形组来生成新的轮廓线,使轮廓线一一对应。实验结果表明该算法实现的效果较符合实际情况,能有效地处理各种不同情况。     

GPU加速的光滑轮廓线绘制

轮廓线的高效提取是非真实感绘制的一个关键问题。提出了一个完全利用GPU生成光滑轮廓线的高效算法。在几何处理阶段,先根据相邻三角形的法向量与视向量的关系检测出轮廓线,然后对轮廓线进行宽度扩充,同时对轮廓线顶点设置相应的渐变因子;在像素处理阶段把渐变因子转化为相应的alpha值,通过光照生成卡通渲染,最后通过alpha混合得到光滑轮廓线。算法完全在GPU里实现,能满足实时的绘制要求。     

平行断层轮廓线的RBF隐函数曲面造型

将基于径向基函数（Radial Basis Function,RBF)的隐函数插值技术应用于平行断层轮廓线的曲面造型，由于RBF造型方法以曲面能量最小化为目标，因此能够生成较为光滑的曲面，其缺点是计算量较大，文中提出以分段进行曲面重构的局部RBF技术来降低问题的规模和复杂度，并提出相应的快速隐函数多边形化的算法，实验结果表明，该算法是一个较实用的造型方法。     

基于骨架的断层间复杂轮廓线的三角片曲面重构

提出了一个基于轮廓线骨架点的三角片曲面重构的算法,首先对散乱骨架点进行拓扑连接,得到一个由骨架点构成的多边形,然后分析骨架多边形得到所需的特征骨架点,进而得到断层间轮廓线的相似特征部分,把断层间轮廓线分割为相对应的简单曲线段,最后,重构的曲面由这些分段重构的子曲面拼接而成。     

采用CT切片的三角片曲面重构算法

采用二维平行轮廓线三维重建表面是三维建模研究领域的一项重要研究课题，具有非常广泛的应用领域。重建过程中计算量非常庞大，有效地化简重建的数据可以大大提高重建效率。文中提出了一种基于分析轮廓骨架点的表曲面重构算法。首先对CT切片进行预处理及图像分割，然后对轮廓线提取骨架，再进行骨架剪裁，最后采用模拟退火法进行三维重建。该算法使三维重构的数据大大化简，同时克服了局部优化算法中需交互指定初始连接边的缺点。     

三维人体表面重建

人体的形状比较复杂,存在多个分支,从扫描得到的序列轮廓线重构人体表面会存在空洞。通过定义场函数将一系列平面上的多条轮廓线转换为体数据,并采用Marching Cubes方法抽取等值面,将多轮廓线间的形体重构转化为体数据中的等值面构造。采用该方法重建的人体表面完整,光滑且符合精度要求。     

ECT系统中三维图象重建的研究

论文讨论了在ECT系统中利用二维断层图象进行三维表面重建的方法。首先对二维断层图象序列进行抽取轮廓、细线化、轮廓线追踪处理;然后对两相邻断层图象进行轮廓匹配;在两层已知(重建)图象轮廓中间插入若干个插值图象时采用同经度方向位置校准轮廓加权平均方法获得插值轮廓;最后在相邻的已知轮廓或插值轮廓采用最短对角线法进行三角片表面重建。仿真结果表明,利用上述方法可以较好地重建物体的三维表面。     

Reconstruction and Simplification of Surfaces from Contours

In this paper we consider the problem of reconstructing triangular surfaces from given contours. An algorithm solving this problem must decide which contours of two successive slices should be connected by the surface (branching problem) and, given that, which vertices of the assigned contours should be connected for the triangular mesh (correspondence problem). We present a new approach that solves both tasks in an elegant way. The main idea is to employ discrete distance fields enhanced with correspondence information. This allows us not only to connect vertices from successive slices in a reasonable way but also to solve the branching problem by creating intermediate contours where adjacent contours differ too much. Last but not least we show how the 2D distance fields used in the reconstruction step can be converted to a 3D distance field that can be advantageously exploited for distance calculations during a subsequent simplification step.     

均匀B样条曲面在导引雷达天线罩精密加工中的应用

导弹天线罩是薄壁复杂回转体，罩壁的电厚度的均匀性要求严格．在精密修磨天线罩内廓型面时，必须先根据测量型值点重构出内廓型面，建立精密修磨的相对参考基准．因此三维自由内廓型面的重构精度是决定天线罩精密修磨精度的关键．使用基于最小二乘法的双三次均匀B样条方法，实现天线罩内廓型面的重构，并已成功应用于导弹天线罩精密修磨系统中．天线罩的内廓型面的精密修磨结果证明：应用文中方法重构的曲面精度高、光顺性好．     

基于二维轮廓序列的膝关节三维重建

提出了一个基于二维轮廓序列的四面体网格生成方法,用于医学图像三维几何模型重构.该方法首先对各选定的断层图像提取目标轮廓并做分支匹配等处理,然后生成各轮廓内部平面域的三角网格,最后在相邻断层之间根据三角网格连接四面体单元.该方法被应用于人体膝关节虚拟手术系统的三维几何建模,得到的膝部股骨模型包含494个节点和2 046个四面体单元,膝部脂肪模型包含2 854个节点和14011个四面体单元,这些模型被成功地应用于膝关节手术仿真,从而证明了该三维模型重建方法的可行性和有效性.     

Robust multi‐level partition of unity implicits from triangular meshes

This paper presents a new robust multi‐level partition of unity (MPU) method, which constructs an implicit surface from a triangular mesh via the new error metric between the mesh and the implicit surface. The new error metric employs a weighted function of inner points and vertices of a triangle to fit an implicit surface, which can control the approximation error between the surface and vertices of the triangle. Furthermore, it is applied to the MPU method by utilizing the dual graph of a triangular mesh, and the general quadric implicit surface is used for surface representation. Compared with the MPU method, the new method generates fewer subdivision cells with the same approximation error and performs more steadily especially when given triangular mesh with fewer vertices. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种基于投影的散乱数据表面增量重建算法

针对3维散乱数据场提出了一种表面重建算法.根据空间曲面的局平特性和平面三角化的基本原则,在参考点的切平面上对邻域点按角度排序,应用可见性准则删除不可见点后,相邻邻域点和参考点形成三角网格.将平面上的网格关系对应到空间,以增量方式重建反映散乱数据场拓扑关系的空间曲面.设定角度阈值优化网格,判断空间曲面的边界和孔洞.对多个数据场进行重建并对结果进行分析.对多个数据场进行重建并对结果进行分析表明,算法具有原理简单,重建速度快,重建效果好的特点.     

一种改进的薄壁文物碎片特征轮廓线提取技术

针对使用一般的边界提取方法提取三维网格模型特征轮廓线不完整问题,提出一 种新的薄壁文物碎片特征轮廓线提取的综合算法。区别了特征轮廓线和轮廓线的概念,引入主 轮廓线和次轮廓线以及二级邻接生长曲面的概念。主轮廓线的提取使用改进的基于边重数判断 的提取方法;提出次轮廓线的一种新的提取方法：首先对三维网格曲面分割并识别断裂面,然 后对断裂面的二级邻接生长曲面进行曲面扫描,提取次轮廓线;最后从主轮廓线和次轮廓线中 得到三维模型的特征轮廓线。使用该算法准确地提取了文物碎片的特征轮廓线,实验结果表明 此方法稳定且准确。     

显式BEZIER三角曲面的构造及其在离散数据插值中的应用

本文较系统地讨论了显式Bezier三角曲面的Clough-Tocher分割构造方法，并从工程应用角度提出了一种准C‘连续的Bezier三角曲面。由这种准C‘连续的Bezier三角曲面，通过进一步求解整体C‘连续的Bezier三角曲面在解决3D离散数据的曲面插值中取得了较好的应用效果。     

运用逆向工程方法与OpenGL创建三维曲面

目前大多数应用逆向工程创建三维曲面的方法能够取得较令人满意的结果,但却过多依赖标准化软件.文中改进了基于垂距依此递推的自由曲面自适应数据采样算法,给出了应用该算法对复杂曲面进行重建的方法.自由曲面自适应数据采样时,先运用逆向工程测量方法,得到曲面的截面数据点值,然后用非均匀三次样条插值曲线拟合出截面轮廓曲线;自适应采样后,由曲线数据点重新利用最小二乘法计算型值控制点.对这些型值控制点进行网格化处理后由U、V两方向利用Opengl中Nurbs曲面生成方法构造出三维曲面.结果表明运用该方法曲面更改更灵活、曲面连接光滑.     

用内法向量与二次误差度量修补三角网格孔洞

为了高效地修复含孔洞的三角网格模型,提出基于内法向量与二次误差度量(QEM)的孔洞修补算法.在识别孔洞边界之后,计算边界点的凹凸性与对应夹角角度,并利用最小角-曲率原则寻找最优修补点;根据三角形生成原则以及内法向计算方法生成新的三角形完成粗修补;最后利用二次型误差滤波函数对粗修补的网格进行优化处理.在VisualStudio2013环境下,对不同种类的含孔洞模型,利用提出算法以及孔洞修补经典算法进行实验,结果表明,文中算法修补的网格质量优于对比算法.