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随着三维扫描技术的成熟和可扫描物体复杂度的提高,三维网格模型日益成为三维物体的一种通用表示方式,其中又以三角网格模型最为常见。作为众多网格模型处理技术的前序步骤,三角网格模型的光顺处理已经成为数字几何处理领域的一个研究热点。
三角网格并不是曲面的参数化表示,所以传统的基于参数曲面的光顺技术不再完全适用。同时由于网格模型本身的性质,包括取样频率的非规整性,二维流形的特殊性等,传统的较为成熟的基于二维图像的光顺技术也不能直接使用。这些都对三角网格光顺处理技术提出了新的要求。
本文在总结分析常用光顺算法和三角网格离散曲率计算方法的基础上提出了两种新的光顺算法:基于三角网格曲率的光顺算法和基于双边过滤的非线性自适应光顺算法。主要成果如下:
1.在分析比较常用三角网格光顺算法的基础上,总结出网格光顺的评判准则,给出与此相应的光顺处理的思路。
2.通过对常用三角网格离散曲率计算方法的研究,提出新的基于NURBS曲面拟合的三角网格曲率计算方法。实验显示该算法在不同分辨率、顶点度、规整性、噪声影响下,仍具有较高的精度,较其它算法更稳定、通用。
3.提出一种基于三角网格离散曲率的光顺算法,该算法以平均曲率差值作为权值,采用拟合计算的法矢作为光顺方向,并各向异性地考虑特征边的光顺。其中在计算平均曲率时,采用了本文提出的稳定精确的三角网格曲率计算方法。实验证明本算法具有一定的保特征性,通常只需1-2次迭代即能达到较好的光顺效果。
4.提出一种基于双边过滤的非线性自适应光顺算法,该算法改进了现有双边过滤算法的不足,采用测地线距离选取相邻点,通过增加法矢惩罚权值函数自适应地调整各相邻点的贡献,以达到特征保持的效果,同时还使用了新的偏移量计算方法。其中测地线距离计算采用本文提出的快速准确的近似计算方法。实验结果显示,该算法通常在一次光顺后即能去除大部分噪声并能较好地保持网格的特征。
5.设计实现了一个三角网格光顺处理的原型系统,测试验证了本文提出的所有算法和其它有代表性的光顺算法和曲率计算方法。