三角网格曲面上离散曲率估算方法的比较与分析

对国际上近几年提出的三角网格曲面上估算平均曲率的7种方法和估算高斯曲率的4种方法,进行了系统的总结与大量的实验,并给出误差统计和分析比较,给出了对高斯曲率和平均曲率的估算效果最优的方法,以及较稳定和误差较小的几个新公式．     

STL三角形网格模型曲面特征边的提取

针对STL网格模型曲面特征边识别困难的问题,提出一种基于边和面的特征边提取方法。首先遍历网格模型,自适应地获取二面角阈值并根据该阈值识别显性特征边;然后利用最小二乘法估算曲面上顶点的平均曲率,由此计算出三角形面片的近似曲率,并利用相邻三角形的曲率差值来判别其公共的隐性特征边是否为特征边,最后采用改进的断点处特征边提取算法形成完整的特征边界。实验结果表明该方法能够有效地提取STL网格模型曲面网格的特征边,具有很好的鲁棒性。     

主曲率均匀的网格光顺

针对三角网格数据提出了一种主曲率均匀的光顺方法 .该算法首先通过建立局部抛物二次曲面来估算网格顶点的主曲率和主方向 ,其次以邻点的主曲率和主方向的加权平均作为光顺后顶点的曲率值 ,然后由新曲率值和二次曲面方程计算出调整后的顶点位置 ,实现模型的光顺 .进行局部光顺时 ,将区域内的点组成各个封闭环 ,根据邻点所在环的层次分配权值 ,可以满足是否去除或保留内部区域特征的需要 .该文给出了应用实例 ,结果表明本方法对网格模型实施整体和局部光顺均有较好的效果 ,光顺前后模型体积变化较小 .     

基于改进Voronoi区域面积的Mark Meyer曲率估算方法

以微分几何曲率计算公式为理论基础,对常用的Mark Meyer离散点云曲率估算方法进行改进,提出基于Voronoi区域面积的改进Mark Meyer算法。针对Mark Meyer算法中Voronoi区域面积的计算进行改进,对于Voronoi区域中存在钝角的情形进行详细论述并且改进钝角三角形的计算公式,同时给出更为准确的面积计算方法。将该算法应用于球面、柱面、抛物面、马鞍面,计算结果表明该算法提高了离散点云曲率估算的精度和稳定性。     

基于离散曲率的三角形折叠简化算法

以三角形折叠算法为基础，提出了一种新的基于离散曲率的三角网格简化算法。该算法以网格表面的加权离散曲率为依据，对三角形进行折叠操作，给出了基于离散曲率和球面近似的新顶点的获取方法。实验结果证明了本文算法的有效性。     

离散曲率约束的三角网格模型拓扑分割算法

针对三角形网格模型简化中保持细节特征的要求,提出了依据离散曲率划分三角网格顶点的特性,并结合区域增长法自适应地确定拓扑分支的优化算法.每个顶点根据其相邻面片顶点的曲率值划分属性区域,并在区域生长过程中重复选择K-ring碟形区域中具有相似属性值的顶点作为种子.为了有效地探索凸凹形状区域,以曲率极值点作为初始点,提出了有效的区域增长及合并的策略,突出了模型的局部特征和拓扑结构.最后通过一系列实验验证了该算法的快捷性.     

三角网格曲面上离散曲率改进算法

计算三角网格离散曲面曲率的Meyer方法几何意义简明,计算量较小,但其计算效果仍有进一步提高的潜力。通过对Meyer方法的深入分析,提出了平均曲率构造向量和Gauss曲率构造角的概念,并指出了它们的几何意义,在此基础上构造了对Meyer方法的改进算法。经分析,提出的改进算法精简了各个主要计算步骤,避免了不必要的计算误差。仿真计算结果表明,改进算法是有效的,提高了三角网格离散曲率的计算精度和计算效率。     

三角网格模型的补洞算法研究

提出了一种三角网格模型的空间孔洞修补算法.首先根据网格中的点、边和三角形之间的关系提取孔洞边界,然后根据孔洞区域的夹角的顺序在空间中依次填补三角形直至修补完全,接着对新增加的高度弯曲的三角形进行细分,最后对修补后的孔洞网格进行几何形态调整,光顺化整个孔洞曲面.实验结果证明,该算法简单、有效,孔洞修补效果好.     

基于NURBS曲面拟合的三角网格曲率计算

针对三角网格提出了一种基于NURBS曲面拟合的计算Gauss曲率和平均曲率的算法。首先选取边界检测后的二阶邻点作为局部拟合数据,采用直接投影法实现参数化,由二次NURBS曲面进行最小平方拟合反算控制点矩阵,最后由拟合曲面计算曲率。并从三角网格分辨率和噪声两方面进行了比较,实验结果表明本文算法精度高、较其他算法稳定,因而更具通用性。     

基于重新划分的三角形网格简化的一种改进算法

基于重新划分的三角形网格简化方法能自动生成多细节层次模型，它的基本思想是:根据三角形网格的局部几何和拓扑特征将一定数量的点分布到原网格上,生成一个中间网格,移去中间网格中的老顶点,并对产生的多边形区域进行局部三角化,最后形成以新点为顶点的三角形网格.本文在已有算法的基础上,提出了一种分布新点的算法,从而克服了原有方法的局限性.它利用三角形顶点的曲率和三角形的面积两个因素来反映网格在每个三角形处的特征.文中给出的一组实例说明了算法的有效性.     

Reduce the stretch in surface flattening by finding cutting paths to the surface boundary

This paper presents a method for finding cutting paths on a 3D triangular mesh surface to reduce the stretch in the flattened surface. The cutting paths link the surface boundary and the nodes where the Gaussian curvature is high, and their total length is minimized. First, a linear algorithm for computing an approximate boundary geodesic distance map is introduced; the map encapsulates the undirected geodesic distance from every triangular node to the surface boundary approximately. This is followed by determining the undirected shortest paths passing through all the nodes where the Gaussian curvature is larger than a threshold. The cutting paths walk along the triangular edges of the given surface. Compared with other similar approaches, our method reaches a faster speed, and can deal with surfaces with widely distributed curvatures.     

综合曲率约束的在线网格模型分割方法研究

针对现有三角网格模型块分割方法普遍存在计算复杂度高,无法体现工程意义,综合效果不理想,不满足Web环境下高效快速分割等问题,提出一种面向Web环境的简单高效的三角网格模型分割方法。根据高斯曲率和平均曲率特性划分出网格模型的凹区域,在凹区域中依据最小负曲率阈值提取凹特征区域,结合区域中心特征线提取方法以及边界线闭合和优化算法构造出闭合分割线,通过分割线将三角网格模型分割成有意义的分块。依托开源数字几何处理软件MeshLabJS,运用WebGL的几何处理及图形渲染功能,在普林斯顿标准数据集和COSEG形状数据集上进行算法测试,验证所提方法能够在Web环境下快速、高效、有意义地分割三维模型。     

稀疏三角网格模型的Gregory曲面光顺插值

稀疏网格模型精细光顺重建时,网格顶点的法曲率不一致问题仍没有解决,导致渲染阴影。通过推导获得四次三角域Gregory顶点拼接处法曲率变化一致的约束条件,并基于该约束条件对稀疏三角网格模型进行精细重建。重建后的模型不但保证所有相邻三角Gregory曲面片G¹光顺连续,而且拼接顶点处的法曲率变化最小,从而可获得高质量的视觉效果。实验结果验证了在只有原始模型1%~2%网格数目的情况下可获得光顺的视觉渲染效果,结果模型亦具有高精细特征。     

基于高斯曲率的三角网格模型简化的研究

针对三角网格模型简化中的相关问题进行了研究并设计出了相应的算法。三角网格的简化过程包括网格删除和网格重建两个过程。在网格的删除中,通过顶点的高斯曲率对其分类,如果三角形的三个顶点属于同一类,则对该三角形及其邻接三角形进行删除。在网格重建中,重点是新顶点的定位。首先,将新顶点定位在该三角形的重心上,然后,通过它的邻接点对其定位进行优化,最后,以两个实例进行探讨,实现对不同三角网格的验证,并以原始网格模型与简化后的网格模型进行对比说明本研究所得的简化网格模型即有效地实现了三角网格模型的简化,又保持了原有三角网格模型的基本特征,达到了令人满意的结果。     

基于矩形网格追踪法的曲面主曲率等值线生成算法*

针对自由曲面在展开平面上的主曲率等值线生成问题,提出一种基于矩形网格追踪算法的等值线生成算法。利用面积坐标方法将曲面上的点及其极值曲率映射到优化展开平面上,在展开平面上采用遍历法得出等值点序列;利用矩形网格追踪法将等值点序列划分为连续无交叉的开等值线或连续封闭的闭等值线。最后以直纹面、锥形面和自由曲面为算例分别对算法进行计算验证,并与线性插值三角网格法进行对比。计算结果表明,基于矩形网格追踪的等值线生成算法具有计算速度快、精度高的特点。     

结合边分割的改进二次误差测度算法

为了有效解决二次误差测度算法(quadric error metrics, QEM)容易产生异常三角面、失去局部特征、几何结构异常等问题, 提出一种结合边分割的改进二次误差测度算法(quadric error mactrics with edge splitting, ESQEM). 该算法添加顶点高斯曲率作为边折叠代价之一, 通过参数调节模型特征保留情况; 添加边长查询机制, 对细长三角面进行边分割操作. ESQEM算法能有效维护网格模型高曲率区域特征、保持网格几何结构、消除狭长三角面, 简化后的模型有更好的视觉效果, 高简化率下的简化精度更高.     

基于视觉曲率估算的文物线图绘制方法

针对表面富含噪声的文物三维模型特征线的有效提取问题,分析了预处理阶段导致纹理细节丢失的原因,提出了一种基于视觉曲率估算的文物线图自动绘制方法。首先,对三角网格模型顶点的高度函数空间进行均匀采样,通过统计高度函数中极值点的个数,实现对模型顶点的视觉曲率估算;然后,根据多尺度约束下模型顶点的视觉曲率分布,将模型划分为平坦区域和特征区域;接着,依据考古领域均值对特征区域的顶点进行锐化滤波,计算出新的三角网格模型的顶点坐标;最后,对三角网格模型提取特征轮廓线,实现对文物线图的自动绘制。实验结果表明,基于视觉曲率的特征轮廓线在保留文物模型表面纹理细节的同时,有效避免了简单脊线/谷线法绘制线图呈现的尖锐现象。     

A new feature-preserving mesh-smoothing algorithm

We present a novel mesh denoising and smoothing method in this paper. Our approach starts by estimating the principal curvatures and mesh saliency value for each vertex. Then, we calculate the uniform principal curvature of each vertex based on the weighted average of local principal curvatures. After that, we use the weighted bi-quadratic Bézier surface to fit the neighborhood of each vertex using the least-square method and obtain the new vertex position by adjusting the parameters of the fitting surface. Experiments show that our smoothing method preserves the geometric feature of the original mesh model efficiently. Our approach also prevents the volume shrinkage of the input mesh and obtains smooth boundaries for non-closed mesh models.