離散細(xì)分方法在幾何造型中的應(yīng)用.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的飛速發(fā)展,人們對(duì)動(dòng)畫(huà)、游戲等三維形體真實(shí)感的要求也不斷提高.與傳統(tǒng)的連續(xù)型曲面重建造型相比,離散細(xì)分方法顯然更加適合于計(jì)算機(jī)的處理,所謂細(xì)分方法,就是定義一條曲線(曲面)為一個(gè)不斷加細(xì)的多邊形(多面體網(wǎng)格)系列的極限,是曲面重建和造型的一種離散型方法.細(xì)分曲面造型作為一種離散曲面造型方法,結(jié)合了多邊形造型和NURBS樣條造型的優(yōu)點(diǎn),算法簡(jiǎn)潔、穩(wěn)定,可適用于任意拓?fù)渚W(wǎng)格,在計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)造型、CAD以及游戲等領(lǐng)域

2、都有廣泛的應(yīng)用背景.近十幾年來(lái),細(xì)分曲面造型技術(shù)得到了迅速發(fā)展,現(xiàn)已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中常用的造型工具之一,并已經(jīng)在一些商業(yè)軟件中出現(xiàn),但在實(shí)際應(yīng)用和研究中還沒(méi)有出現(xiàn)專(zhuān)門(mén)的細(xì)分造型系統(tǒng).本文研究了離散細(xì)分技術(shù)在幾何體造型中的實(shí)際應(yīng)用,具體實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于細(xì)分方法的三維幾何造型系統(tǒng).該系統(tǒng)建立了三維建模造型軟件與細(xì)分模塊的接口,細(xì)分方法處理的初始網(wǎng)格,作為數(shù)據(jù)源從三維數(shù)據(jù)文件中讀取.對(duì)于三維形體的網(wǎng)格表示,常用的方法有兩種:三角形網(wǎng)格和四邊

3、形網(wǎng)格.針對(duì)三角形網(wǎng)格,本文研究了Loop細(xì)分格式在該系統(tǒng)中的應(yīng)用;針對(duì)四邊形網(wǎng)格,研究了Catmull-Clark細(xì)分格式在該系統(tǒng)中的應(yīng)用.為了提高效率,本系統(tǒng)把每次細(xì)分前的數(shù)據(jù)保存下來(lái),供以后細(xì)分使用.考慮到Java的網(wǎng)絡(luò)特性和平臺(tái)無(wú)關(guān)性,以及計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)、游戲都朝著網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展,本系統(tǒng)是基于Java 3D環(huán)境開(kāi)發(fā)的.該系統(tǒng)可以和3D Max等造型軟件接口,利用造型軟件的原始建模,快速細(xì)分生成具有真實(shí)感的任意復(fù)雜的形體.本系統(tǒng)可以作為

4、一個(gè)幾何造型模塊用于游戲、動(dòng)畫(huà)的制作中,幫助生成不同細(xì)分層次的形體,具有良好的通用性.考慮到傳統(tǒng)的各種細(xì)分算法形式不同,作用在不同的拓?fù)渚W(wǎng)格上,在插值和逼近上無(wú)法在統(tǒng)一的框架下給予實(shí)現(xiàn).本文的另一個(gè)貢獻(xiàn)是,在仔細(xì)研究了B樣條曲線的細(xì)分生成方法后,提出了一類(lèi)光滑曲線細(xì)分的統(tǒng)一格式,通過(guò)設(shè)置控制參數(shù),使得目前存在的大部分細(xì)分格式,不論是基于樣條的還是插值型的,都成為其特例,克服了目前存在的傳統(tǒng)細(xì)分格式在插值和逼近上不能兼容的缺點(diǎn).通過(guò)大量實(shí)