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基于特征增强的三维网格孔洞修补算法研究

作　者: 王珍珍
导　师: 秦茂玲
学　校: 山东师范大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 三维网格 孔洞修补 特征恢复 隐式曲面 曲率
分类号: TP391.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


随着计算机软硬件的发展与计算机图形学相关理论的完善，三维模型作为当今主流的数据类型，已被广泛应用于影视动画、虚拟现实、医学外科手术、艺术品制造等各行各业，尤其是在计算机辅助设计和逆向工程应用中尤为突出。逆向工程利用重构技术获取物体完整的数字化模型，进一步分析处理，能在极短的时间内开发出新产品，减少开发成本提高经济效益，其应用面已广至医学、考古、计算机制造等多个领域。但是如何对获取的不完整的三维物体模型进行孔洞修补，使其尽量恢复原有面貌成为了亟待解决的问题。因此，研究三维网格模型孔洞修补是一项有理论、实用及经济价值的工作。三维网格孔洞修补算法已成为当前的一个研究热点，是计算机可视化、逆向工程、模式识别和三维数据处理等应用的重要部分。本文对国内外现有的三维网格孔洞修补算法进行了详细分析并做了总结，提出了改进的孔洞修补方法。主要做了如下几方面工作：1．介绍了三维网格孔洞修补方法研究背景以及研究意义，总结了三维网格在计算机图形学中的应用。针对孔洞修补算法的操作对象不同，将现有算法分为基于曲面的和基于体素的两大类，对这两类方法做了详细分析，总结了各自的优缺点。2．针对现有的三维模型孔洞修补算法在修补过程中仅考虑孔洞区域与孔洞边缘区域的平滑过渡问题，忽略孔洞区域可能原有的尖锐特征边角等问题，本文通过对已有算法的结合与改进，提出一种基于特征恢复的三维网格孔洞修补方法。首先，算法对输入模型孔洞区域进行检测，在该区域内进行插入离散点三角剖分操作，生成孔洞区域初始网格，然后利用离散点做约束点构造基于径向基函数的曲面，拟合孔洞区域初始网格。为了避免过少的约束点控制了过大的隐式曲面的构建，本文采用逐层递进的方法进行新点插入剖分与曲面拟合。最后，基于尖锐特征边角执行特征恢复操作，得到了修补较好的实验结果，尖锐特征也得到恢复。3．针对以往算法修补的孔洞区域多为平坦区域，不包括曲率变化大、崎岖的孔洞修补，有一定局限性，提出了一种基于曲率恢复的孔洞修补算法。为了防止孔洞修补网格产生过长或狭小的三角片，对孔洞进行修补之前先对检测出来的孔洞多边形边界边做预处理，使用复杂度较低的基于波前法的最小角机制进行孔洞区域填充，孔洞区域新增顶点依据孔洞边界法向和曲率进行位置调整。初步实验结果表明，算法能保持孔洞区域与孔洞边界周围网格平滑连接，不会丢失曲率特征。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 研究背景与意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
    1.2.1 基于曲面的孔洞修补  10-11
    1.2.2 基于体素的孔洞修补  11-12
  1.3 研究工作及创新点  12
  1.4 本文的组织结构  12-14
第二章 三维网格及孔洞修补相关工作  14-23
  2.1 三维网格模型相关介绍  14-16
    2.1.1 拓扑邻域关系  14-15
    2.1.2 文件格式  15-16
  2.2 孔洞修补技术  16-19
    2.2.1 孔洞边界检测  16-17
    2.2.2 三角剖分  17-18
    2.2.3 隐式曲面  18-19
  2.3 基于曲面的孔洞修补  19-21
    2.3.1 直接三角剖分的方法  19
    2.3.2 添加采样点的方法  19-20
    2.3.3 采样点调整的方法  20-21
  2.4 孔洞分类及简单修补技术  21-22
    2.4.1 三角形孔洞修补技术  21
    2.4.2 简单孔洞修补技术  21-22
  2.5 本章小结  22-23
第三章 基于特征恢复的三维网格孔洞修补算法  23-35
  3.1 算法思想及描述  23
  3.2 离散点插入及三角剖分  23-26
    3.2.1 离散点插入  24-25
    3.2.2 三角剖分  25-26
  3.3 隐式曲面拟合  26-28
    3.3.1 基于径向基函数的隐式曲面建立  26-28
    3.3.2 新增面片顶点调整  28
  3.4 尖锐特征恢复  28-29
  3.5 程序设计  29-32
    3.5.1 程序流程图  29-30
    3.5.2 数据结构  30-32
  3.6 实验  32-34
    3.6.1 实验环境  32
    3.6.2 实验结果及分析  32-34
  3.7 本章小结  34-35
第四章 基于曲率恢复的三维网格孔洞修补算法  35-43
  4.1 算法思想及描述  35
  4.2 孔洞边界预处理  35-36
  4.3 孔洞边界法向估计  36-37
  4.4 初始网格生成  37-38
  4.5 新增顶点调整  38-39
    4.5.1 曲率计算  38
    4.5.2 新增顶点位置调整  38-39
  4.6 实验  39-42
    4.6.1 程序流程图  39-40
    4.6.2 实验结果及分析  40-42
  4.7 本章小结  42-43
第五章 总结与展望  43-45
  5.1 总结  43
  5.2 展望  43-45
参考文献  45-48
攻读硕士学位期间取得的科研成果  48-49
致谢  49

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 机器辅助技术
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