浮雕是雕塑与绘画结合的产物,浮雕制品往往给人以浓缩的空间深度感和强烈的视觉冲击力。随着经济的发展和生活水平的提高,浮雕制品的社会需求日益增多,人们对浮雕制品的造型美感和加工质量的要求也越来越高。这对浮雕模型构建和雕刻加工技术提出了更高的要求。相比于传统的NURBS曲面和多边形网格,细分曲面造型方法可以高效构建具有任意拓扑结构的光滑曲面。细分曲面既可以看作是由控制网格定义的连续曲面,又可看作是离散的网格曲面,这使得细分曲面更适合于复杂浮雕模型构建和加工。目前,关于细分曲面浮雕加工技术方面的文献还未见报道。为此,本文利用细分曲面网格拓扑结构特性,结合多分辨率网格分割方法,对细分曲面浮雕加工技术涉及的浮雕数字图像处理、浮雕模型构建和刀具轨迹规划等关键环节进行研究。主要研究内容如下:(1)浮雕数字图像处理方法。分析了数字图像的格式、类型、数据结构,研究了几种常用的图像处理方法,根据不同图像选择合适的图像处理方法,保证了浮雕数字图像的质量。研究了针对黑白图像的边缘检测技术,Canny边缘检测效果较好,适用于图像边缘提取。(2)Catmull-Clark细分曲面浮雕模型构建。阐述了Catmull-Clark细分模式的基本理论、细分法则和拓扑结构特性。以分片表示为基础,研究细分曲面浮雕模型数据结构的构建方法,提出以极限网格构建细分曲面浮雕模型的方法,研究了浮雕模型相关几何属性的计算方法。研究了Catmull-Clark细分曲面与数字图像融合方法,在此基础上,提出细分曲面浮雕加工模型构建方法。(3)Catmull-Clark细分曲面浮雕加工刀具轨迹规划。分析了细分曲面浮雕刀具轨迹规划方法,提出一种非求交方法计算刀具轨迹的构想,研究细分曲面面片离散参数化表示方法,在此基础上,提出一种离散参数化刀具轨迹规划方法。本文所提出的细分曲面浮雕加工关键算法在Matlab平台上编制并通过算法实例验证。结果表明:图像处理技术可以明显改善图像的质量,为更好的构建浮雕模型奠定了基础。通过灰度图像、黑白图像、彩色图像等类型图像与复杂细分曲面模型的数据融合方法,可以实现复杂细分曲面浮雕模型的构建。通过非求交技术的细分曲面面片离散参数线提取方法,可以实现浮雕加工刀具轨迹的高效计算。