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随着3D打印设备的日益普及和CAD技术的不断发展,3D拼图技术被广泛地应用于许多领域的产品设计。当前的3D拼图技术基本上都是在客户端的专业软件上实现,已经不能满足家庭级3D打印自主设计模型的需求。近年来,随着Web技术的不断发展,特别是WebGL技术的诞生,为在Web浏览器上实现无插件的图形应用提供了支持,越来越多的图形应用程序可以通过WebGL技术流畅地运行于Web浏览器平台上,运用WebGL技术开发大型的在线图形应用程序在产品的设计和虚拟展示中日益广泛与深入。相对于客户端上的拼图软件,在线3D拼图设计平台具有操作简便、无需安装本地客户端、良好的跨平台特性等优点。但由于Web程序的性能表现不如本地应用的性能,特别是在计算几何的一些算法实现方面,所以目前的Web图形应用平台更多的是用于一些产品的在线展示。在进行3D拼图设计时需要用到大量计算几何方法来驱动许多功能的实现,而进行3D模型的拓扑重建是计算几何的首要任务,这也为研究在线的3D拼图设计带来了许多困难。本文针对实现在线3D拼图设计中存在的若干问题展开研究,主要研究内容和成果有:(1)使用Web编程技术从本地计算机内存中读取相应格式的3D模型文件,并使用JavaScript语言编程实现半边数据结构以构建3D模型的拓扑邻接关系和基于WebGL技术对3D模型进行可视化。采用半边数据结构进行在线3D模型拓扑重建和基于WebGL的可视化绘制的方法,不仅解决了Web图形程序效率上的问题,而且完整地重建了3D模型的拓扑邻接关系,提高了Web图形程序的适应性和鲁棒性,为实现在线的计算机辅助几何设计奠定了坚实的基础。(2)提出了一种在线3D模型对称性检测的方法。借助于顶点蕴含的曲率信息,获取3D模型特征区域,并使用六维空间变换计算和Mean-Shift聚类方法得到模型的对称特征,进而提取出对称面。使用曲率信息与Mean-Shift聚类算法相结合进行对称性检测的方法不仅具备简单、高效等特点,而且可以准确地提取到模型的对称面,既满足了Web图形应用程序的性能需求,也保证了模型对称面提取的精确度。(3)在3D模型对称性检测的基础上,本文提出一种基于对称约束的在线3D拼图设计方法。该方法利用本文的对称性检测方法得到的3D模型对称面,进行在线虚拟装配式3D拼图设计和特征重用式3D拼图设计,极大地简化和方便了用户3D拼图设计时的操作,并大幅度地提升产品设计效率。在本文研究成果的基础上,利用相应的Web技术设计开发了一款在线3D拼图设计平台,主要的功能包括:3D模型文件的I/O、3D模型的对称性检测、3D拼图设计、鼠标交互等功能。