三維點(diǎn)采樣模型的數(shù)字幾何處理技術(shù)研究.pdf

1、繼以三角網(wǎng)格模型為研究對(duì)象的網(wǎng)格數(shù)字幾何處理技術(shù)風(fēng)靡近10年后，以離散點(diǎn)為表面表達(dá)方式的點(diǎn)模型由于其數(shù)據(jù)獲取方便、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的一個(gè)新的激動(dòng)人心的研究領(lǐng)域。點(diǎn)模型的數(shù)字幾何處理的深入研究和廣泛應(yīng)用，呼喚從理論到實(shí)踐的升華、呼喚對(duì)新概念的確切理解和學(xué)術(shù)認(rèn)同來(lái)獲取成熟實(shí)用的新算法、新技術(shù)。然而作為新的幾何曲面表達(dá)形式，與傳統(tǒng)的數(shù)字圖像處理和視頻處理等發(fā)展得相當(dāng)成熟學(xué)科相比，點(diǎn)模型的數(shù)字幾何處理尚處在一個(gè)發(fā)展的初級(jí)階

2、段。 基于堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，本文對(duì)從采樣點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)前期預(yù)處理，到點(diǎn)模型的造型及動(dòng)畫，對(duì)點(diǎn)模型數(shù)字幾何處理的諸多核心領(lǐng)域進(jìn)行了一系列深入研究，取得了若干新的研究成果，初步構(gòu)成了一個(gè)點(diǎn)模型數(shù)字幾何處理框架。由于點(diǎn)模型表面是由無(wú)任何拓?fù)溥B接關(guān)系的離散點(diǎn)所組成，因此本文提出的算法絕大部分可以直接推廣到網(wǎng)格模型，用于網(wǎng)格模型數(shù)字幾何處理。 本文的工作和貢獻(xiàn)主要在以下六個(gè)方面：●基于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡曲率流的思想，為點(diǎn)模型提供了一個(gè)保特征、

3、保體積、抗頂點(diǎn)漂移的光順?biāo)惴?。此外本文還為點(diǎn)模型提供了一個(gè)低通濾波算子，獲取其低頻濾波結(jié)果，可用于后續(xù)的幾何處理。 ●為點(diǎn)模型提供了一個(gè)紋理合成算法。該紋理合成算法基于全局優(yōu)化的思想，對(duì)點(diǎn)模型進(jìn)行外觀顏色造型；通過(guò)對(duì)離散點(diǎn)元的繪制法向進(jìn)行相應(yīng)的擾動(dòng)，進(jìn)一步增強(qiáng)了表面紋理的幾何粗糙感；此外本文還給出了流引導(dǎo)的可控紋理合成算法。 ●給出了點(diǎn)模型顏色紋理和幾何修復(fù)算法。在全局優(yōu)化紋理合成的基礎(chǔ)上，我們給出了基于約束化的顏色紋理

4、修復(fù)算法；通過(guò)采樣濾波算子獲取點(diǎn)模型的幾何細(xì)節(jié)，結(jié)合約束化的紋理修復(fù)算法我們給出了一個(gè)新的點(diǎn)模型幾何修復(fù)算法。 ●提出了交互的點(diǎn)模型分割和分片拾取算法。我們采用水平集方法首先精確的獲取點(diǎn)模型的測(cè)地線，然后交互地對(duì)點(diǎn)模型進(jìn)行分割。通過(guò)水平集約束化的演化對(duì)分割區(qū)域進(jìn)行分片拾取。該算法為局部編輯提供基礎(chǔ)。 ●提出了一種基于幾何細(xì)節(jié)映射的點(diǎn)模型的形狀編輯方法。基于提出的點(diǎn)模型快速參數(shù)化方法和層次B樣條曲面，為點(diǎn)模型構(gòu)造了一個(gè)多分

5、辨率的基曲面。定義幾何細(xì)節(jié)為原始曲面和其基曲面之間的向量差，通過(guò)基曲面上的局部仿射坐標(biāo)，得到與之對(duì)應(yīng)的多分辨率幾何細(xì)節(jié)表示，曲面的低頻信息和高頻信息易被用戶所指定的頻段分離。通過(guò)調(diào)節(jié)基曲面的形狀和幾何細(xì)節(jié)等技巧為點(diǎn)模型開(kāi)發(fā)了一系列特征保持的編輯算子。 ●為點(diǎn)模型提供了一個(gè)魯棒的Morphing算法。我們采用LOD快速參數(shù)化技巧將原始模型和目標(biāo)模型參數(shù)化到同一個(gè)參數(shù)域上，為來(lái)自不同模型的點(diǎn)集建立對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)交互地指定對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)來(lái)

6、保持點(diǎn)模型Morphing過(guò)程中的特征，通過(guò)動(dòng)態(tài)地、白適應(yīng)地重采樣變形模型來(lái)消除變形過(guò)程中產(chǎn)生的縫隙，得了高質(zhì)量的Morphing結(jié)果。 本文六個(gè)研究領(lǐng)域各自獨(dú)立成章，又相互關(guān)聯(lián)，層層深入，初步為點(diǎn)模型的數(shù)字幾何處理提供一個(gè)強(qiáng)壯的，能處理復(fù)雜點(diǎn)模型的幾何信號(hào)處理系統(tǒng)。在本文所提出算法下實(shí)現(xiàn)的數(shù)字幾何處理應(yīng)用說(shuō)明了本文所提出算法的強(qiáng)壯性和實(shí)用性。鑒于點(diǎn)模型作為一種新的數(shù)字媒體表達(dá)方式，有著廣闊的研究前景，最后本文在結(jié)論部分給出了八