基于样本的大规模人群快速创作

人群作为虚拟环境中必不可少的一部分,能够极大地提高场景的真实感.文中提出一种基于样本的大规模人群快速创作方法,将人视为具有分布和角色信息的粒子,通过从真实图片中获取包含小规模人群粒子信息的样本,由样本建立Wang Tile集合,使用Wang Tile非周期性拼接覆盖场景区域,从而快速生成任意规模人群.文中的创作方法简单快速,用户只需输入若干样本和场景区域.同时,用户可以通过调整Tile的边颜色快速地进行局部人群修改,也可以使用密度图得到用户需要的效果.实验给出了3个场景的人群创作效果,表明文中的方法可以十分迅速地生成大规模具有真实分布信息的多样人群.     

基于人脸特征和线积分卷积的肖像素描生成

为了更好地模拟素描的笔画和突显肖像素描中五官的部分,提出基于人脸特征和线积分卷积的肖像素描生成方法.首先进行人脸分割,由人脸特征点确定GrabCut算法中每个特征的初始trimap,然后根据分割结果使用线积分卷积算法绘制肖像素描.文中使用了基于分割结果的多分辨率白噪声和方向场,并提出了基于分割结果的自适应性边界提取算法.实验结果表明,该算法改善了肖像素描的生成效果.     

基于特征保持的三维模型四面体化及优化

三维模型四面体化是一种重要的有限元网格生成技术.介绍了一种特征保持的四面体网格生成及优化算法.首先使用三维模型主成分分析进行预处理,然后用体心立方构建初始四面体,接着通过拉普拉斯坐标改变模型边界切点的移动方式保持模型的局部特征,最后构造改进的密度能量误差函数优化四面体网格质量.实验结果表明,该方法可行、有效,且能很好地保持模型特征.     

基于最大后验概率-马尔科夫随机场的二进制体数据优化

许多三维重建算法的结果以二进制体数据的形式给出,然而直接从中抽取等值面会造成阶梯化、锯齿化等走样现象.为此提出基于最大后验概率?马尔科夫随机场的二进制体数据优化方法.假设目标数据是随机变量并具有马尔科夫性,通过计算其最大后验概率推导了通用的优化公式,以及在常用模型下的优化公式;在此基础上,用户可选择不同的先验模型和观察模型来预测数据最有可能的取值,并将其作为优化结果.实验结果表明,文中方法可用于二进制体数据的可视化,光顺,去噪,修复等.     

草图交互式地质建模研究

提出一种简单、快捷的草图交互式地质建模方法,旨在帮助地质学家们在地质勘测初期直观、快速地创建无数据地质概念模型.迄今,现存专业地质建模工具依赖成本较高的真实数据创建精细复杂的三维地质模型,且通常具有建模用时长、不易于学习和使用等缺陷.因此,采用直观的“纸-笔”建模隐喻,提供了一套从草图绘制到三维模型创建,再到三维模型编辑的完整建模流程,允许用户在自由定义的绘图平面上绘制描述模型地质特征的三维草图,并对其构成的连通草图网络实时地进行三维模型重建.模型重建使用分治的思想,大致分为3个步骤完成：首先利用三维草图的几何信息,即拐点,根据其拓扑连接搜寻草图网络中近似平面的能量最小圈,然后通过调和函数计算草图网络中每个圈包围区域的目标平均曲率标量及其法线方向,随后以Laplacian方程优化生成曲面片,最后将曲面片拼接成完整的三维模型.褶皱、断层地质现象可以分别通过重绘和切割操作进行建模.此外,利用层级结构树存储地质模型间的层级关系,并通过变形传递的方式对与形变物体接触的地质模型进行形变,从而保持了地质结构中多物质体相互接触的特性.相比现有基于草图的交互式建模工具,该方法融合了地质学知识,且能够更有效地使用少量草图描述地质物体的特征.基于用户体验调查,该方法具有操作简单、建模直观的特点,能够同时满足专业和非专业人士快速创建地质概念模型的需求.     

计算机辅助牙齿隐形正畸系统

针对牙齿隐形正畸术依赖于预先排齐错位牙齿的需求,提出了包括牙齿形状建模以及虚拟矫治2个部分的完整的计算机辅助牙齿隐形正畸系统.该系统的输入是由光学扫描获得的牙颌数字模型,输出用于快速成型加工的中间母模模型,主要包括牙齿分割、牙齿修复、牙齿运动设计、牙龈变形、矫治方案制定以及虚拟咬合等环节.基于牙颌模型的几何特征,采用两步牙齿模型分割方法:首先确定分割区域,进而利用控制曲线裁切获得光滑边界;对于相邻牙齿之间的缺失区域,利用控制曲线网指定曲面位置约束,并利用微分坐标方法重建;采用移动最小二乘插值解决牙龈变形中由于求解大规模线性系统而导致的消耗内存过多问题.该系统是生产隐形矫治器的关键步骤,同时也为医生诊断病情提供了可视化虚拟环境.近50例临床试验结果表明,该系统能够有效地进行牙齿矫治,并正在进行产业化.     

使用二维轮廓线的扩展元球造型技术

提出了一种基于二维轮廓线与超二次曲面型元球模型的造型方法,以实现简单、快速三维模型原型构造.给定一条二维轮廓线,首先使用圆或椭圆去逼近它.然后对每一个圆或椭圆设置第三个维度的参数,能够获得相应的超椭球体型元球.最后混合所有元球的场,并对所有元球的形状参数进行优化,得到一个解析的元球隐式曲面.通过调整元球的位置或形状参数构造出的曲面能够方便地实现形状的修改.模型的不同组成部分可以在不同的投影平面上勾画轮廓线相似地进行设计.该造型方法支持简单的建模操作,如布尔加、减或准扫成体生成,以生成各种复杂形状的模型.此方法能够广泛地应用在计算机图形学或计算机辅助设计领域中的概念设计阶段的原型设计工作中.     

基于最佳圆弧样条逼近的快速距离曲面计算

距离曲面是一种常用的隐式曲面,它在几何造型和计算机动画中具有重要的应用价值,但以往往在对距离曲面进行多边形化时速较慢,为了提高点到曲线最近距离计算的效率,提出了一种基于最佳圆弧样条逼近的快速线骨架距离曲面计算方法,该算法对于一条任意的二维NURBS曲线,在用户给定的误差范围内,先用最少量的圆弧样条来逼近给定的曲线,从而把点到NURBS曲线最近距离的计算问题转化为点到圆弧样条最近距离的计算问题,由于在对曲面进行多边形化时,需要大量的点到曲线最近距离的计算,而该处可以将点到圆弧样条最近距离很少的计算量来解析求得,故该算法效率很高,该实验表明,算法简单实用,具有很大的应用价值。     

蒙太奇网格融合

三维物体融合是一种新的几何造型方法,它利用三维模型之间的剪贴操作从两个或多个现有的几何模型中光滑融合出新的几何模型.提出了一种基于局部调和映射的三维网格蒙太奇融合新方法.首先利用网格上的近似等距线算法来抽取出待融合区域,然后对两个待融合区域进行带内孔的调和映射参数化,最后通过拓扑合并和融合控制来实现网格的光滑融合.与原有的基于全局调和映射的融合方法相比,新方法的算法效率大幅度提升,求解时间不再随融合模型顶点数的增加而呈指数增长;减少了二维网格拓扑合并中奇异情况出现的概率,提高了算法的稳定性;被剪切网格的细节得到完整保留;消除了原算法对融合区域拓扑的限制.实验结果表明,此方法可以用来生成许多三维动画中的特殊夸张造型效果,在影视动画中具有应用价值.     

基于广义元球的一般约束变形

在计算机动画和形状设计中，变形是一个非常重要的工具.基于广义元球所具有的特殊势函数分布，提出了一个新的包含点、线、面和体约束的一般变形模型.用户定义一系列约束、每个约束的影响半径和偏移量，变形模型根据每个约束和其影响半径产生该约束的广义元球.广义元球确定了一个以约束点集为中心的势函数，该势函数在约束点集处为1，在影响半径处渐变为0.模型直接对整个空间进行变形，而与物体的表示无关，并且变形可由偏移量和广义元球的参数来细微调整.实验表明，该一般约束变形模型不仅有效，而且使传统方法难以做到的线、面、体约束变形成