面向文物数字化建模的网格模型孔洞修补算法研究

发布时间：2019-08-01 12:00

【摘要】：三维模型的孔洞修补是三维可视化技术的基础,为考古数字化、医学图像研究、刑侦学等领域提供辅助,具有重要的应用价值。现有三维模型的孔洞修补方法,针对含有孔洞数量大、孔洞类型多样的大规模复杂三维模型修复效果不佳,且针对特殊的文物模型往往难以取得理想的效果,如秦俑文物。因此,本文综合运用数字几何处理、计算机图形学等技术,着眼于大规模复杂曲面的三维模型孔洞修补,以及计算机辅助文物模型修复等方法展开研究。主要工作如下:(1)提出一种基于泊松方程的孔洞修补算法(Hole-filling Algorithm based on Poisson Equation,HAPE)。基于原始模型几何信息建立泊松方程,对输入模型曲面进行全局拟合,然后根据孔洞信息对拟合得到的预测曲面进行裁剪并与原孔洞模型缝合。该拟合方式无需空间分割和整合过程,避免了传统算法修补后网格自交的情况。实验结果表明,该算法针对孔洞数量庞大且孔洞类型多样的大规模复杂三维网格模型修补效果较好,具有全局性,能够保持模型原始几何信息,同时较好地还原孔洞区域形状。(2)提出一种基于法向调整的自适应特征增强算法。通过引入曲面平均弯曲度识别具有显著特征的孔洞修补区域,然后定义邻域顶点加权法向量对顶点位置进行调整,从而增强曲面特征。实验结果表明,该算法能够在不增加顶点数量的同时优化网格质量,具有较好地简洁性及较强的鲁棒性,针对三维模型表面几何纹理特征的增强具有较好地效果。(3)围绕文物虚拟复原中的文物数字化建模问题,将HAPE孔洞修补算法及特征增强算法应用于秦俑文物网格模型,以修补实际扫描产生的孔洞,并对模型表面的显著特征进行增强,从而得到完整且还原度较高的文物网格模型,为后续相关文物研究提供稳健的数据基础。
【图文】：

方法：最小代价切割算法。其思想是将输入模型定义为内部单位体素的集合，将三维逡逑模型分割得到的单位体素标记为内部或外部，使用全局的方式分别对其使用不同的修逡逑补方法。Ｈ６ｔｒｏｙ等人ｍ将输入的任意多边形网格数据转换成体素表示，利用形态学算逡逑子允许用户修改离散模型的拓扑结构，将经过转换校正的体素形式转化回三角网格模逡逑型，该方法能够快速识别具有潜在拓扑错误的区域，并允许用户选择是否修复它们，逡逑该算法适用于修复大面积孔洞区域，但是针对细节特征显著的区域，算法缺少一个计逡逑算控制大小和形状拓扑的临界值，所以对细节修复效果不理想。逡逑基于体素的孔洞修补算法能够准确处理维度空间上的不同数据，也可以处理原始逡逑网格存在自相交等情况，保证修补后的网格完全封闭，鲁棒性强。但是，当三维模型逡逑建模过程比较复杂时，由于该算法要进行体素数据与网格数据之间的转换计算，造成逡逑空间上的叠加，并致使模型局部特征信息丢失，致使原始模型的曲率变化较大的显著逡逑特征无法有效还原。同时，网格与体素的相互转化势必会改变原始网格的特征信息，逡逑大大增加三角网格数量，，产生错乱的拓扑结构，将原始网格模型变得更复杂，致使最逡逑

从而实现整体孔洞的完整修补，但这一方法要求孔洞局部数据质量较好，使用成本较逡逑低的设备或者研发者对扫描速度要求较高的情况下，设备扫描得到的孔洞周围信息量逡逑少、辨识度不高所以修补效果鲁棒性不高。图２为部分基于曲面的修补方法文献的修逡逑补效果。逡逑４逡逑
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP391.7

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本文编号：2521735