吕晟珉[1]2004年在《曲面重建的网格方法和技术研究》文中研究表明本文对叁维数据场曲面重建中的网格方法以及一些相关技术进行了研究，内容包括曲面网格的重建、曲面网格的简化、光顺、以及在网格数据结构中虚拟内存技术。全文共分六章。 第一章对叁维数据可视化技术作了一个综述，着重阐述了叁维数据的采集以及其分类；可视化技术中曲面重建算法的介绍以及分类；最后回顾了一下网格简化技术的发展。 第二章描述了海量数据场中的曲面网格分层重建技术。传统的曲面重建算法往往是先进行等值面抽取再对抽取的结果网格进行各种后期操作，如网格光顺、简化等。对于大数据量的数据场来说，等值面抽取过程对计算机的存储空间提出了很高的要求，通常不得不使用大容量的图形工作站才能解决问题。本章中我们创新地提出了大数据量曲面网格分层重建算法。在算法中，我们首次提出逐层重建，即时简化的策略。采用该策略，我们可以边重建边简化结果网格，从而有效地降低了算法对计算机存储空间的要求。在算法实例中，我们针对已分割的Visible Human头部切片数据，完成了大脑，小脑，脊椎等器官的表面重建工作。实践结果表明分层重建算法能在有限的内存空间里完成传统网格重建算法所不能完成的大数据量的曲面网格重建。这对一些大数据量网格重建工作，如医学图象可视化等，在个人计算机上普及应用起到一定的帮助作用。此外，本文算法的思想还可应用在大数据量网格模型的简化，传输等方面。 第叁章介绍了基于离散曲率的边折迭网格简化算法。虽然网格在计算机表示中是离散的，但近似的离散曲率依然能有效地反映曲面网格的几何特征。网格简化的过程可以看作为曲面几何特征信息按一定顺序剔除的过程。在这一章中，我们提出基于离散曲率的方法。通过网格顶点处的离散曲率计算，我们可以尽可能地减少低频区域的顶点密度，保护网格形状特征细节丰富的高频区域。并采用了蝶形子分作为边折迭产生新点的模板。在本章算法实例中，我们对牛模型，鹿头模型进行了简化操作，对简化效果进行了对比。实验结果表明，利用该算法来进行曲面简化能很好地保持网格的形状。 第四章详细阐述了网格数据结构中的虚拟内存技术。由于叁维数据采集技术不断提高，曲面重建所得到的模型网格越来越复杂。超大型网格对计算机内存容量要求远远超出现有硬件水平所能承受的范围。虽然操作系统提出了虚拟内存管理的概念，对数据存
余国鑫[2]2008年在《逆向工程曲面重建技术的研究与应用》文中研究表明现有逆向工程过程包括实物表面数字化、数据预处理、点云分割、曲面重建等环节,且各个环节中的关键难题仍是目前研究热点。曲面重建是逆向工程中最为关键的环节之一,其处理速度和质量最终制约着下游的CAD再设计等作业进程。在当前基于实物的逆向工程中,根据逆向工程CAD建模系统曲面造型的特点不同,实现曲面模型重建的方式大致可以分为两类:传统曲面造型方式和快速曲面造型方式。传统曲面造型方式遵从典型的逆向工程流程,即点一线一面,它藉由使用Bézier和NURBS曲面直接由曲线或测量点来创建曲面。而快速曲面造型方式则是通过对点云的网格化处理来实现的。一个完整的网格化处理过程通常包括以下步骤:首先,从点云中重建出叁角网格曲面;再对这个叁角网格曲面分片,得到一系列有四条边界的子网格曲面;然后,对这些子网格逐一参数化;最后,用NURBS曲面片拟合每一片子网格曲面,得到保持一定连续性的曲面样条,由此得到用NURBS曲面表示的CAD模型,可以用CAD软件进行后继处理。高级曲面处理目的是要对模型的美学要求和工程设计的意图进行分析,从而开发出高质量表面。遗憾的是,使用传统曲面造型方式进行曲面重建需要大量建模时间的投入和熟练建模人员的参与,特便是在要求构建A曲面时。快速曲面造型方式的引入正是为了要克服上述的缺点。然而,快速曲面造型方式也存在一些不足:曲面对点云的快速适配需要使用高阶NURBS曲面(而相同的情况下,传统曲面造型方式只需要低阶曲面);面片之间难以实现曲率联系,造成产品制造应用上的限制。由此,本文首先对上述两种典型逆向工程曲面重建方式的理论与应用进行了研究,而后在此基础上提出了一种结合两种曲面造型方式优势的混合曲面造型方式。该方式先应用快速曲面造型方式对点云进行多边形网格化处理,提取出符合NURBS曲面模型所采用的四边形域参数曲面面片网格模板,而后在传统的逆向建模CAD系统中应用传统曲面造型方式进行处理,并重建出曲面模型。使用这种方式,可以克服快速曲面造型方式不易实现曲率连续的不足,又可以降低使用传统曲面造型方式进行曲面重建提取特征线的难度,加快曲面重建的进程。本文的另一部分工作是混合曲面造型方式的应用,结合典型工程实例,对其在曲面重建上的应用进行了有益的尝试。
赵向军[3]2006年在《网格曲面造型技术研究》文中研究说明随着叁维激光扫描技术的日益成熟，人们可以方便地获取具有丰富几何细节的叁维模型。由于多边形网格的简单性和普适性，使之成为该类模型较为适宜的表示方法。但网格曲面的线性分片逼近特性，致使其在刻画模型表面复杂细节时，往往需要大量的基本多边形，给后续处理带来了极大的困难。 本文正是围绕网格曲面后续处理的若干关键问题展开研究，它们分别是：网格曲面到光滑连续曲面的正向生成问题——网格曲面上的细分，网格曲面变形(编辑)问题，以及网格曲面到参数曲面的逆向拟合问题——曲面分片重建。具体而言，本文的主要贡献包括以下叁方面。 结合C-B-样条研究的最新进展，本文提出了定义在叁角网格上的一类特殊参数曲面——四次叁向C-Box-样条，给出了相应的解析表达，并对其性质进行了分析证明．进而研究了该样条曲面的离散表达即半静态Loop细分曲面，对该类细分曲面的连续性进行了详尽分析，并将其在各向异性、尖锐特征表达等方面进行了扩展。 针对当前网格曲面造型研究的热点——网格曲面编辑，提出了网格曲面频谱编辑的新方法。该方法将变形信息作为几何信号，与原始模型的坐标几何信号在频域内进行合成、处理，最后再逆向变换到空间域内，从而完成对原始模型的编辑。该方法具有控制简单、结果模型光滑性易于保持等特点。针对频谱编辑方法中的两个关键环节——自适应采样和特征点对齐，提出了保持几何细节尺度对应的自适应采样方法和特征点对齐的无网格法等。 参数曲面重建对叁维模型的重用和快速建模具有举足轻重的作用。本文提出了一个实用新型的分片重建方法，其关键创新在于：将变分逼近运用于网格模型的分割，提出了多技术耦合的参数曲面重建新方法。首先，扩展了原有变分逼近方法，丰富了它的几何代理类型，并借助改进变分逼近方法将网格模型分割为不同类型的分片。其次，进行多方法耦合的参数曲面重建：普通分片采用T-splines最小二乘拟合；而旋转面分片采用控制点和节点调整相接合的方式，单步生成分片的精确表示；对于奇异点处则用T-NURCCs逼近。虽然不同分片的优化策略有别，但皆为T-splines表示，数据结构一致，生成方式统一。本文方法可高精度重建工业设计中常见的旋转曲面，适合于工业造型和其它复杂模型的
廖鸿文[4]2005年在《基于Crust图的散乱数据点集的曲面网格重建的算法研究》文中研究表明基于散乱数据点曲面重建是计算机几何造型技术中很重要的部分,也是计算机图形学研究的重要内容。它可以广泛地应用到逆向工业、医学影像处理、虚拟现实等技术中。由取样得到的散乱数据点集生成所对应的未知曲面,并保证生成曲面的拓扑结构与原曲面一致,这是一个相当有难度的问题。 首先,为了解决这个问题,本文采用了基于Crust图的曲面网格生成算法。对于空间散乱数据点集,通过计算取样点的Voronoi图,从而得到每个取样点的极点,然后,连同极点和取样点再做一次Delaunay叁角剖分,抽取出叁个顶点都是采样点的叁角形,这样就生成了Crust。而且能够保证生成的叁角网格曲面和原采样曲面是同形的。 其次,为了保证曲面网格正确生成,本文研究散乱点集的邻域结构及Delaunay叁角剖分经典算法。利用Delaunay叁角剖分的一个重要性质局部性,提出了基于局部来构造散乱点集的Delaunay叁角剖分的方法,即平面点集Delaunay叁角剖分的局部构造算法和空间点集Delaunay叁角剖分的局部构造算法。 最后,因为这样生成的网格表面并不是最后的精确结果,其中可能存在小的四面体,复杂的内部结构,还有可能在生成的网格表面出现“洞”。这些问题有的是由于取样数据点的密度造成的,有的是由于计算精度误差造成的。为了解决这问题,本文提出了“最小法矢变化”的方法和“填补环形区域”的方法。 实验结果表明,上述算法实现的散乱数据点重建叁角网格曲面效果好,适应性强,能够满足应用要求。
熊诗尧[5]2015年在《基于字典学习的点云重建算法研究》文中认为点云的曲面重建是计算机图形学领域中很重要的一个问题,曲面重建问题的目的是：通过激光扫描仪、深度相机(如Kinect、PrimeSense等),获取叁维空间中带有位置、法向、颜色等信息的点,然后找到能够精准而又简单地表示输入的点云数据的数学模型,来拟合或者逼近点云数据所代表的曲线或者曲面,从而为接下来的设计、分析和改造提供基础。一般可以将现有的曲面重建的方法分为两类：组合方法和隐式方法。这两类方法往往由一些独立的步骤构成。例如,组合方法需要点云去噪、顶点子集的确定、特征提取和叁角化,隐式方法需要法向估计、水平集函数构造和等值面化。然而某些步骤(如法向估计)本身就是很具有挑战性的工作。这些独立的步骤本就是为了不同的目的而设计,因此,将它们整合到一起并不能得到最好的效果,特别是当输入的数据有瑕疵(噪声、异常值等)时。为了避免之前工作中多步骤处理所存在的限制,本文提出了一种统一的框架,即将网格的形状和连接关系的构造看作一个联合的优化问题,此框架是基于字典学习的,其中字典元素由重建的叁角网格的顶点构成,稀疏编码矩阵则将网格的连接关系编码。我们将字典学习用一个带约束的l2,q优化公式表示(0 杨焕宇[6]2016年在《面向虚拟现实的叁维点云数据处理关键技术研究》文中认为虚拟现实技术是在计算机图形学,多媒体技术,传感器技术,计算机仿真以及人机交互技术基础上发展起来的交叉学科,是当前计算机技术研究的热门领域。叁维建模技术是整个虚拟现实系统建立的基础,是虚拟现实技术中的关键技术。叁维建模技术中的点云数据处理技术已成为了虚拟现实技术中的重要研究内容。叁维点云数据处理技术的研究内容广泛,主要包括数据预处理技术、几何属性分析和几何造型方法。其中:数据预处理技术主要涉及数据采集、去噪平顺、孔洞填充、数据精简和分割等技术。几何属性分析主要包括几何特性值计算、特征提取和模型检索等技术。几何造型方法包括曲面重建和模型变形等技术。本文以计算机图形学、计算机辅助几何设计以及离散微分几何学等知识为理论基础,对点云数据的核心技术进行了深入研究。主要内容包括:(1)对点云增强、数据采样、特征提取、数据分割以及模型变形等叁维点云数据处理相关研究领域的国内外研究现状进行了详细综述。为本文所研究的点云数据处理关键技术奠定了理论基础。(2)针对点云增强处理迭代计算过程中运算效率低的问题,提出了一种基于重采样的改进的叁维点云数据增强方法。利用k邻域以及相邻点的法向量夹角的计算对叁维点云模型的数据进行下采样,降低单次迭代计算的数据量。然后对采样后生成的多个点集分别利用点云增强算法进行计算。多次迭代计算结束后,再进行上采样,得到最终的运算结果。通过定义投影误差和分布的均匀性两个量化指标来衡量误差的影响,并结合模型运行结果的定性分析来评价该方法。实验证明,尽管与直接使用点云增强算法比较,处理结果略微降低了投影精度,但该方法大大提高了点云数据增强的计算效率。(3)提出了一种姿态无关的基于热核描述符和测地距离的人体模型分割方法。该方法通过计算人体点云模型各点的热核描述符,寻找模型热能分布的局部极大值,得到模型的特征点集。热核描述符具有的仿射不变性,使其应用在不同姿态的人体模型上都能正确地提取到人体模型的特征点。在获得人体模型的语义特征点后,我们再采用测地距离的方法来实现人体模型的层次分割。实验证明,该方法能克服测地距离特征提取的缺陷,不同姿态的人体模型都能够得到符合人体语义特征的模型分割结果。(4)提出了一种基于最小能量优化的人体模型变形的方法。该方法通过构建能量优化目标函数,并且设定约束条件。利用最小能量优化的方法在已知弧长约束和曲线上的多点约束情况下实现折线的变形。在满足一定误差的情况下,用折线的变形可以近似为曲线变形。运用重采样WLOP算法对人体点云模型进行点云增强处理,并通过热核描述符和测地距离相结合的方法实现人体模型分割。然后将待变形的人体部位转换成线框模型形式,通过对多条曲线的分层变形,最终实现人体部位的变形处理。实验证明,曲线变形保形效果好,人体模型能按照设定的目标模型围度要求实现变形。(5)提出了一种基于cage变形技术的模型尺寸各向异性调整的方法。该方法首先根据模型特征或内容定义对模型构建初始cage,再利用最小弹性能量方法调整cage的每条边在不同方向的尺度变化,运用均值坐标最终计算出了符合模型尺寸调整约束要求的变形结果。通过对多个不同复杂度模型的尺寸调整实验证明,该方法能实现模型各向异性的尺寸调整,并且能保持模型的敏感特征。论文最后对所做的研究工作进行了总结,并对下一步的研究内容及研究方向进行了讨论和展望。 杨硕[7]2015年在《面向复杂约束的大规模点云曲面重建研究与实现》文中提出基于点云的空间曲面重建技术,作为反求工程的一项研究热点,在近年来已经受到高度重视。在CAD建模与地质建模等各个领域都能看到它的身影。随着曲面重建技术在实际生活的应用领域越来越广,一大批针对各自不同应用领域的曲面重建算法被相继提出。在地质建模的领域,空间点的曲面重建,其本质是利用叁维空间中的离散点按一定顺序连接成曲面的问题。在当前环境下,地质曲面重构主要面临的问题在于:1.地质结构复杂,存在多种复杂约束;2.对于某些大型工区(如四川盆地等盆地级别工区),地质数据量过大,普通PC机内存受限,难以采用常规方法实现曲面重建。本文对多种地质约束下大规模地质工区的点云曲面重建问题进行研究,实现了面向复杂约束的大规模点云曲面重建方法。本文具体工作如下:1.提出了一种面向复杂约束的曲面重建方法。在基于边界约束的地质点云曲面重建方法的基础上,对倒转地形约束和地势走向约束等实际工程中出现的复杂约束加以研究,对倒转地质区域约束的构建、倒转区域与其他区域的拼接以及地势走向约束的添加进行了研究,并最终实现曲面重建。2.提出了一种基于地形分块的针对大规模地震数据进行曲面重建的方法。采用地形分块的思想解决对大规模地震数据进行曲面重建的问题,将无法在单台计算机处理的大规模地震数据划分为地形块,并设定地形块的调度方法,实现了高效、流畅的进行大规模地震数据曲面重建的过程,并取得了比较理想的效果。3.实现了大规模地震数据下进行叁维地质曲面重建的系统。根据本文提出的相关方法,编程实现了大规模地震数据叁维地质曲面重建系统的各个子模块,并对不同的工区数据进行测试,验证了系统效果的正确性以及系统的效率。通过面向复杂约束的大规模点云曲面重建方法的研究以及相关系统的设计实现,证明了该方法可以适应多种复杂约束情况以及大规模的地质工区地震数据情况,为点云曲面重建的技术,以及叁维地质建模技术提供了新的思路。 黄运保[8]2004年在《测量点集曲面重建若干关键技术研究》文中研究表明反求工程是实现产品再创新开发及快速制造的重要技术之一,在汽车、家电、模具、娱乐、医疗等行业具有广阔的应用前景。作为反求工程中的关键技术—— 曲面重建一直是反求工程的研究热点。本文针对曲面重建理论及其应用问题,对曲面重建若干关键技术及其在测量点集刀具轨迹生成中的应用进行了系统的理论研究和实践。测量点集网格拓扑重建是曲面重建的关键技术之一。为快速重建与产品外形拓扑同胚的网格拓扑,提出基于局部叁维 Delaunay 的网格边界增量构造算法(MBIC)。利用叁维 Delaunay 剖分在邻域点集上构造同产品局部外形拓扑一致的网格,通过已构造网格边界的增量操作将局部网格构造快速传播到整体测量点集,并自动重建产品孔洞特征及其边界。在曲面重建过程中,区域几何形状信息经常出现残缺,而该几何信息往往蕴含重要的产品形状特征。为修复产品重要形状特征,提出基于特征的可变形有限元修复算法。采用基于密度熵的网格构造准则提高残缺判断的准确性,引入有限元迭代变形实现残缺数据基于特征的修复,使修复的数据能够反映原产品工程设计意图。产品形状特征重建决定于数据分割及曲面特征识别与拟合方法。为准确重建原产品形状特征,提出基于特征隶属度的数据分割及曲面特征重建方法。利用特征边界隶属度重建特征边界拓扑环树并实现对网格数据的分割,借助子域网格特征曲面隶属度识别并拟合隐含的曲面特征。此方法能够准确重建产品形状特征,且有利于产品整体特征约束模型重建。以网格拓扑重建技术为基础,研究直接基于测量点集的刀具轨迹生成问题,提出基于约束二次误差最小(CQEM)的刀具轨迹生成算法。算法依据刀具大小动态生成刀具邻域网格节约了大量的空间和时间消耗,同时通过对刀触点的 CQEM 优化减小了加工曲面逼近测量点所在曲面的误差。应用上述理论研究成果,结合“十五”国家重点科技攻关项目“产品设计 CAD 软件”(项目编号:2001BA201A02),研制开发了测量点集曲面重建原型系统 InteReSolid。该原型系统已作为一个组件嵌入到叁维 CAD 系统-Intesolid2.0 中,并成功应用于复杂产品的反求设计与制造过程。 戴宁[9]2006年在《口腔修复体造型关键技术研究及其应用》文中研究说明随着技术进步,CAD/CAM技术在口腔修复诊疗过程中逐渐被广泛应用,使得修复体制作的质量、效率大大提高,正推动着新时期的“牙科技术革命”。口腔修复体造型是口腔CAD/CAM系统的基础核心技术,本文结合口腔临床医学应用实际,以口腔修复体造型技术为研究对象,以修复体造型流程为研究主线,系统研究了口腔修复体造型的相关基础理论、方法及关键技术。本文主要研究内容和成果如下:(1)设计了口腔修复体造型系统软件的总体构架,从系统研发角度,提出了软件系统结构包括:理论层、工具层和应用层叁个部分,可以支持各种口腔修复应用需求。(2)提出了基于V-F(点-面)存储结构的AVL顶点聚合算法和基于虚AVL的邻边搜索优化算法。前者巧妙、高效地完成了去除冗余点的工作,将STL数据的存储尺寸压缩为原来的18%～25%;后者完成了数据的半边拓扑重建,使得后续对于边界边搜索、1环邻域搜索显示出较好的优势,实现了叁角网格模型的快速拓扑重建。(3)提出了基于细分“薄膜变形包围”的曲面重建算法:首先通过对初始网格采用基于二次误差的网格简化优化算法,快速获得近似的基网格模型;然后采用“细分--吸引--松弛--细分”的算法,在给定精度下,异步、迭代地调整每一个网格顶点的位置,实现了具有细分连通性质的牙齿离散曲面重建。(4)提出了一种在牙齿预备体叁角网格模型上实现边缘线自动、自适应提取的算法。在带状特征区域动态计算特征引导线,借助数理统计学相关系数的概念,自适应控制搜索球的直径,通过质心修正方法,快速完成关键特征点的动态搜索,并均匀采样数据点,拟合成边缘线,实现了修复体基牙网格模型边缘线的提取。(5)提出了标准冠数据库整体结构设计方法,采用逻辑层、物理层和管理层分离的叁层构架,数据库的物理实现采用XML文档结构。设计了基于ActiveX控件技术的面向角色的叁维标准冠模型预览窗口,可以分级隐性管理多角色对应叁维标准冠模型预览功能控制使用,实现了口腔修复体造型系统标准冠数据库的建立。 蒋有文[10]2013年在《基于边界约束的空间曲面细分方法研究》文中研究表明随着点云重建曲面技术的快速发展，它广泛的应用于逆向工程中医学可视化，CAD建模，地质学等研究领域，而点云重建曲面技术中的细分曲面技术由于实现简单，可以表示任意的拓扑结构而逐渐地成为人们研究的热点。虽然近年来提人们出了许多细分曲面方法，但是不能解决所有的曲面重建问题，因此研究基于边界约束的空间曲面细分方法具有重要的理论价值和实践意义。本文以地下地质结构的点云曲面重构为研究对象，针对断层多边形约束条件下的细分方法问题，分别对单重断层多边形约束条件下的初始网格形成、细分方法及多重断层多边形约束条件下的初始网格形成、细分方法进行了详细的研究，并对曲面的光滑性问题进行了初步的研究，最后将研究成果成功应用到地质领域中的层位曲面重建中。1、针对断层多边形约束条件下不同的区域具有不同的数据特点，本文提出了断层分隔准则，单重断层多边形及多重断层多边形约束条件下利用Delaunay叁角剖分技术形成初始网格，该方法把空间问题转化为二维问题，解决了稀疏、不规则层位曲面数据形成初始网格问题。本文最后通过实际的原始层位曲面数据绘制出了单重断层多边形及多重断层多边形约束条件下的层位曲面初始网格，说明了算法的正确性及实用性。2、针对单重多边形或者多重多边形约束条件下的初始网格拼接问题，本文提出了地质特性拼接法及基于细分曲面拓扑规则的曲面拼接算法，地质特性拼接法解决了每个区域之间的拼接关系，基于细分曲面拓扑规则的曲面拼接算法解决了多边形边界相连时发生的不符合地质规律的情况。最后对曲面的光滑性做了初步的研究并通过绘制含有逆断层的原始层位曲面，说明了该算法的适用性及准确性。 [1]. 曲面重建的网格方法和技术研究[D]. 吕晟珉. 浙江大学. 2004 [2]. 逆向工程曲面重建技术的研究与应用[D]. 余国鑫. 广东工业大学. 2008 [3]. 网格曲面造型技术研究[D]. 赵向军. 浙江大学. 2006 [4]. 基于Crust图的散乱数据点集的曲面网格重建的算法研究[D]. 廖鸿文. 湖南大学. 2005 [5]. 基于字典学习的点云重建算法研究[D]. 熊诗尧. 中国科学技术大学. 2015 [6]. 面向虚拟现实的叁维点云数据处理关键技术研究[D]. 杨焕宇. 东华大学. 2016 [7]. 面向复杂约束的大规模点云曲面重建研究与实现[D]. 杨硕. 电子科技大学. 2015 [8]. 测量点集曲面重建若干关键技术研究[D]. 黄运保. 华中科技大学. 2004 [9]. 口腔修复体造型关键技术研究及其应用[D]. 戴宁. 南京航空航天大学. 2006 [10]. 基于边界约束的空间曲面细分方法研究[D]. 蒋有文. 电子科技大学. 2013参考文献：