基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的人類(lèi)頭骨修復(fù)技術(shù).pdf

1、在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展歷程中,利用人類(lèi)頭骨進(jìn)行人臉重建的技術(shù)由多學(xué)科融合而成并不斷演化發(fā)展,始終是中外學(xué)者們研究的熱門(mén)。為了保證原始頭骨不被破壞,頭骨通常經(jīng)三維掃描儀掃描后轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的格式,并且以三角網(wǎng)格的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。頭骨模型通常會(huì)碎成若干碎片,并且在面部等包含豐富幾何信息的脆弱區(qū)域出現(xiàn)破洞、裂隙等數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題。頭骨碎片的拼接和破洞的修復(fù)是人臉重建的關(guān)鍵和前提。而對(duì)幾何物體的建模和修復(fù)正是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的重要研究課題,也是本

2、文的重點(diǎn)所在。
　　 本文討論了半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和頭骨數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表現(xiàn)形式,介紹了曲面主曲率的概念及其離散化方法,和形狀直徑函數(shù)的特點(diǎn)及計(jì)算,并討論了主曲率和形狀直徑函數(shù)在本研究課題中的應(yīng)用。
　　 本文研究了頭骨碎片的拼接和數(shù)據(jù)修復(fù)的完整流程,提出了基于模板的初始碎片拼接算法和基于邊緣曲線(xiàn)的改進(jìn)拼接算法。之后,在碎片拼接的基礎(chǔ)上,提出基于對(duì)稱(chēng)性和模板的數(shù)據(jù)修復(fù)算法,對(duì)頭骨模型存在的破洞、裂隙等問(wèn)題進(jìn)行修復(fù)。
　　

3、 本文首先根據(jù)頭骨碎片的幾何信息和解剖學(xué)特征,從數(shù)據(jù)庫(kù)中選取出與頭骨碎片類(lèi)似的頭骨作為模板,結(jié)合碎片的Slippage和Spin Image特征作為初始匹配,將ICP算法用于碎片到模板的剛性配準(zhǔn),提出基于頭骨模板誘導(dǎo)碎片集進(jìn)行初始拼接的算法。在此基礎(chǔ)上,分析碎片邊緣曲線(xiàn)的幾何信息,優(yōu)化曲線(xiàn)距離誤差,提出基于邊緣曲線(xiàn)的改進(jìn)拼接算法。經(jīng)過(guò)這兩步的拼接過(guò)程,使頭骨碎片被精確的拼接到一起。
　　 本文還針對(duì)頭骨模型丟失的數(shù)據(jù),討論了頭

4、骨數(shù)據(jù)修復(fù)的方法。在進(jìn)行數(shù)據(jù)修復(fù)時(shí),首先提出基于主曲率和形狀直徑函數(shù)的頭骨對(duì)稱(chēng)性檢測(cè)算法。進(jìn)而利用頭骨的鏡面對(duì)稱(chēng)性和幾何相似性,提出基于對(duì)稱(chēng)性和模板的有效數(shù)據(jù)修復(fù)算法,修復(fù)頭骨丟失的數(shù)據(jù),再現(xiàn)頭骨的原始幾何形態(tài),為未來(lái)對(duì)頭骨模型的分析研究奠定基礎(chǔ)。
　　 對(duì)于破損嚴(yán)重的頭骨數(shù)據(jù),為了提高數(shù)據(jù)修復(fù)的精度,本文提出了數(shù)據(jù)修復(fù)的迭代算法。該算法迭代進(jìn)行基于對(duì)稱(chēng)性利基于模板的數(shù)據(jù)修復(fù)流程,一步步提高修復(fù)的精度,保證修復(fù)結(jié)果具有較高的可靠