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文檔簡介
1、近十幾年來,隨著三維數(shù)據(jù)采集設(shè)備和技術(shù)的不斷發(fā)展,三角網(wǎng)格模型已逐漸成為三維模型的主流表達方式,并在影視制作、網(wǎng)絡(luò)游戲、計算機動畫、工業(yè)設(shè)計、計算機輔助診斷、科學(xué)計算、文物保護和軍事仿真等很多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。為了滿足各種不同的應(yīng)用需求,數(shù)字幾何處理也得到了飛速的發(fā)展,其重點研究問題主要包括:數(shù)據(jù)獲取、幾何屬性估計、參數(shù)化、光順去噪、幾何修復(fù)、曲面擬合、網(wǎng)格簡化、數(shù)字水印、壓縮傳輸、變形、形狀插值、動畫、紋理合成、重網(wǎng)格化、分割、繪
2、制等。其中,如何對復(fù)雜物體進行快速有效的變形一直是研究人員關(guān)注的一個熱點研究內(nèi)容。
三角網(wǎng)格模型的變形除應(yīng)實現(xiàn)用戶指定的形狀變化外,還應(yīng)盡量保持模型原有的幾何細節(jié),防止不合理的體積變化。目前所提出的模型變形算法主要考慮如何保持表面幾何細節(jié),而對于體的特征,例如局部剛性、體積等,則未加約束,在大尺度變形過程中可能導(dǎo)致局部塌陷、體積收縮等現(xiàn)象,形成不自然的變形效果。
針對上述問題,本文在變形過程中引入剛性約束,使
3、得三維模型進行盡量剛性的變形,可在大尺度編輯時有效地防止表面幾何細節(jié)和體特征的畸變,獲得令人滿意的變形效果。
具體而言,本文的研究工作和主要貢獻包括以下三個方面:
1、結(jié)合微分坐標技術(shù),提出了一種新的剛性約束來防止變形較大的區(qū)域出現(xiàn)明顯的體積變化。該剛性約束可以通過嵌入網(wǎng)格模型內(nèi)部的小立方體來實現(xiàn),用戶可以交互地在易于出現(xiàn)體積變化的區(qū)域加入立方體。變形時,剛性約束能夠防止網(wǎng)格頂點位置的相對移動,使得目標區(qū)域進
4、行盡量剛性的變形,從而防止明顯的體積變化。
2、為了處理大規(guī)模的網(wǎng)格模型,提出了一種高效的網(wǎng)格剛性變形算法。首先對大規(guī)模網(wǎng)格模型進行聚類簡化快速生成初始變形結(jié)果,實現(xiàn)局部的剛性變形。然后通過迭代優(yōu)化一個二次能量函數(shù),為每個網(wǎng)格頂點都估算一個最優(yōu)的剛性變換來保證最終變形結(jié)果的連續(xù)性,并達到保細節(jié)、保體積的目的。
3、為了提高算法的通用性和方便用戶的交互,通過將輸入模型嵌入到稀疏的四面體控制網(wǎng)格中,構(gòu)建起一個統(tǒng)一
5、的模型編輯(變形和變形遷移)框架。該框架易于控制,具有較高的效率和較好的收斂性,可以支持多種模型表示方式,而且能夠在不同胚的物體之間進行變形的遷移。變形時,通過約束控制網(wǎng)格的剛性,可以在最大程度上保持輸入模型的幾何細節(jié),防止不自然的體積變化。誤差驅(qū)動的控制網(wǎng)格細分策略可以進一步提高變形的質(zhì)量?;谠撟冃嗡惴ǎ€給出了一個簡便實用的變形遷移算法,能夠使得變形的遷移在控制網(wǎng)格之間進行,有效地減少了用戶的交互量并提高了算法的效率。
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