勾畫交互式形狀分割及其評(píng)測(cè)研究.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)以來，數(shù)字幾何處理研究取得了飛速的發(fā)展，無論是在學(xué)術(shù)界還是工業(yè)界都引起了足夠的重視．?dāng)?shù)字幾何處理是研究如何在計(jì)算機(jī)中處理三維幾何數(shù)據(jù)的技術(shù)．而三維網(wǎng)格分割是其中非常重要的問題，它在參數(shù)化，三維形狀匹配，多分辨率造型，網(wǎng)格簡化、編輯、壓縮等諸多幾何處理領(lǐng)域中都有著重要的作用．隨著數(shù)字幾何處理領(lǐng)域的不斷發(fā)展，網(wǎng)格分割技術(shù)的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，其中基于內(nèi)容的形狀檢索主要是基于物體形狀理解和基于語義的物體表示，這些都必須依賴于三維

2、模型有意義的特征和結(jié)構(gòu)提?。坝幸饬x”和特征提取都涉及到人類對(duì)物體形狀的主觀認(rèn)知，是非常主觀、難以度量的．因此，完全自動(dòng)對(duì)網(wǎng)格模型進(jìn)行分割是不太現(xiàn)實(shí)的，必須加入用戶的交互信息來指導(dǎo)物體模型的分割過程．近年來，勾畫式交互作為一種自然的人機(jī)交互方式，已經(jīng)被成功應(yīng)用到諸多數(shù)字幾何處理領(lǐng)域中，特別是網(wǎng)格分割問題．隨著網(wǎng)格分割技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，已經(jīng)有大量的算法被提出，然而如何為某些具體的應(yīng)用選擇適合的算法已經(jīng)成為一項(xiàng)艱巨且耗時(shí)的任務(wù)．針對(duì)不

3、同算法的性能進(jìn)行評(píng)估最近已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)，吸引了很多研究者的注意．本文圍繞著勾畫交互式三維網(wǎng)格分割技術(shù)以及相關(guān)分割技術(shù)的評(píng)估展開了深入的研究，取得了以下豐富的創(chuàng)新性成果：
　　 1．提出了一種基于網(wǎng)格上保特征調(diào)和場(chǎng)的前景/背景勾畫交互式網(wǎng)格分割技術(shù)．該算法交互自然簡單，用戶通過鼠標(biāo)只需在網(wǎng)格曲面上以勾畫的方式大致標(biāo)明希望獲取的部位和拋除的部位，該技術(shù)就能從三維網(wǎng)格模型中提取出用戶希望獲取的有意義的部位．基于勾畫的交互方式模擬了

4、人們?nèi)粘Ｉ钪械募埞P工作環(huán)境，容易讓人操作和使用．網(wǎng)格上調(diào)和場(chǎng)可以在保持網(wǎng)格特征的基礎(chǔ)上，對(duì)邊界條件進(jìn)行連續(xù)擴(kuò)散．利用圖分割技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格模型的分割．該技術(shù)能夠在大量的網(wǎng)格模型上取得合理的分割結(jié)果，可以有效滿足用戶的分割意圖．
　　 2．提出了基于前景/背景勾畫的交互式網(wǎng)格分割技術(shù)評(píng)估工作，廣泛而深入地評(píng)估五種常用的交互式分割算法在精度、效率、穩(wěn)定性等方面的性能．首先設(shè)計(jì)了一個(gè)勾畫式交互分割技術(shù)評(píng)估系統(tǒng)，用戶可以用鼠標(biāo)在網(wǎng)格

5、曲面上勾畫指定前景和背景區(qū)域來進(jìn)行網(wǎng)格分割，以便于在相同的環(huán)境下測(cè)試和評(píng)估各種交互式算法．然后創(chuàng)建了統(tǒng)一的評(píng)估數(shù)據(jù)庫，其中每個(gè)模型都附帶有一系列圖片用于指導(dǎo)用戶進(jìn)行交互式網(wǎng)格分割．評(píng)估實(shí)驗(yàn)是通過大量用戶的參與來完成的，每個(gè)用戶都要依次使用各種交互式算法來完成預(yù)先分配的分割任務(wù)并填寫一份簡短的調(diào)查問卷．最后通過分析客觀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和主觀問卷調(diào)查結(jié)果，分別闡述了各種算法的性能優(yōu)劣，并針對(duì)各種算法特性提出了一些有價(jià)值的見解．
　　 3．提

6、出了一種基于邊界勾畫的交互式網(wǎng)格分割技術(shù)．基于勾畫式交互界面，用戶只需用鼠標(biāo)在想要的分割邊界附近隨手勾畫，不必在意勾畫線條的準(zhǔn)確方位，該技術(shù)就能自動(dòng)返回滿足用戶意圖的分割結(jié)果．首先基于自適應(yīng)采樣過程，得到了模型曲面上相應(yīng)的前景/背景種子點(diǎn)對(duì)．然后以每對(duì)采樣點(diǎn)對(duì)為邊界條件來計(jì)算網(wǎng)格上的調(diào)和場(chǎng)，并通過加權(quán)平均的方式來計(jì)算網(wǎng)格上的聯(lián)合標(biāo)量場(chǎng)，提高了對(duì)不同用戶輸入的容錯(cuò)能力．最后基于標(biāo)量場(chǎng)的等值線選取機(jī)制，確定了網(wǎng)格模型的分割邊界．通過用戶實(shí)驗(yàn)

7、表明，該分割技術(shù)無論是在精度上、效率上、穩(wěn)定性上，還是在直觀性上、易用性上都優(yōu)于其他的勾畫式交互網(wǎng)格分割算法．
　　 4．提出了基于勾畫交互的形狀分割技術(shù)評(píng)估工作，針對(duì)不同用戶界面的交互式網(wǎng)格分割算法進(jìn)行統(tǒng)一的性能評(píng)估和分析．首先設(shè)計(jì)了勾畫式交互分割技術(shù)評(píng)估系統(tǒng)，集成了最近提出的四種不同用戶界面的交互分割技術(shù)，以便于用戶測(cè)試和評(píng)估各種交互式分割技術(shù)在精度、效率、穩(wěn)定性等方面的性能．然后通過網(wǎng)頁調(diào)查問卷的形式，收集用戶主觀上對(duì)各種