三維網(wǎng)格拓撲感知模型及應用研究.pdf

1、隨著三維模型掃描設備和交互式建模工具的快速發(fā)展和廣泛使用,以三維模型為表現(xiàn)形式的第四代數(shù)字媒體——數(shù)字幾何,比二維圖像具有更豐富的視覺感知細節(jié)和內(nèi)容,更適用于人類的視覺感知和思維模式,在實際應用中被廣泛采用。三維數(shù)字幾何的數(shù)據(jù)越來越龐大,要完整地呈現(xiàn)真實的虛擬場景和實時地繪制這些三維數(shù)字幾何實體是一件相當困難的事情?；谝曈X感知理論的三維模型處理理論與技術可在保證視覺感知質(zhì)量的前提下,能較大幅度地提高三維場景的渲染性能,已成為計算機圖形

2、學界的研究熱點,為三維數(shù)字幾何處理與應用提供了一種有效的途徑。
　　視覺感知理論的核心之一是提供可計算的視覺感知模型,主要集中在視覺注意機制、視覺掩蔽效應和拓撲知覺理論三個方面。在三維數(shù)字幾何處理技術中,主要體現(xiàn)為三維網(wǎng)格顯著圖、粗糙圖和骨架提取。然而,現(xiàn)有研究主要側(cè)重于人類視覺系統(tǒng)的單一視覺感知特性,缺乏通用的視覺感知處理模型和三維模型視覺質(zhì)量及視覺降質(zhì)的客觀評估方法。具有視覺意義的三維模型分割是視覺感知理論的重要組成部分,基于

3、馬爾科夫隨機場的分割可較好地對三維模型的視覺先驗知識和幾何特征進行建模。目前,基于馬爾科夫隨機場實現(xiàn)具有視覺意義的三維模型分割的研究還處于起步階段,缺乏易于集成不同特征的基于馬爾科夫隨機場的三維網(wǎng)格分割通用框架。本文針對上述研究熱點中存在的問題展開研究,論文的主要研究工作和創(chuàng)新性如下:
　　(1)提出了一種三維網(wǎng)格拓撲感知圖通用計算模型——SMTPM(Skeleton Modulated Topological Perceptio

4、n Map)。從人類視覺系統(tǒng)的視覺注意機制、視覺掩蔽效應和全局拓撲感知三大特性出發(fā),提出了自底向上的改進的顯著度圖譜模型以及面向全局拓撲感知特性和運動重要性的基于骨架提取技術的骨架圖譜模型。以骨架圖譜對三維模型的顯著度圖譜和粗糙度圖譜進行調(diào)制,提出了一種通用的視覺感知處理模型。該模型分別在不同的退化情況下可描述HVS的視覺注意機制和視覺掩蔽效應特性。
　　(2)基于三維網(wǎng)格拓撲感知圖通用計算模型,提出了一種適于三維模型簡化過程中的

5、多尺度視覺降質(zhì)評估算法,并用于簡化算法的比較?？紤]SMTPM在退化為顯著度圖譜時的情形,以香農(nóng)信息熵為工具,提出了面向結構相似性視覺降質(zhì)的全局感知結構化降質(zhì)評估方法,實現(xiàn)了多尺度的結構化視覺降質(zhì)度量和三維模型簡化算法的比較。通過構建主觀實驗評測庫和設計主觀實驗評測協(xié)議,實驗結果分析表明,該評估算法要優(yōu)于傳統(tǒng)的幾何度量方法,并具有多尺度評估的特性,適于多分辨率和多層次細節(jié)等應用。
　　(3)基于三維網(wǎng)格拓撲感知圖通用計算模型,提出了

6、一種視點快速選擇方法,定義了用于三維模型視覺質(zhì)量評價的感覺熵?；赟MTPM模型,提出了視點感知信息量、最佳視點和最不利視點的定義及計算方法,并基于子分模板設計了一種迭代式快速視點選擇算法。同時,還基于視點感知信息量定義了球形視點感知信息譜,為所有三維模型的視覺感知信息提供了統(tǒng)一規(guī)范的表達方式?；谇蛐我朁c感知信息譜,本文定義了感覺熵,為三維模型處理提供了通用的視覺質(zhì)量度量和理論指導。
　　(4)提出了基于馬爾科夫隨機場的三維模型