三维网格模型自适应保特征去噪方法研究
发布时间：2020-12-03 06:10
随着数字几何应用的不断发展,对三维模型的需求量与日俱增,但在使用3D扫描设备获取三维模型的过程中,不可避免地会引入不同复杂程度的噪声,因此三维网格模型去噪,是数字几何研究中不可或缺的步骤。网格去噪方法的研究目标是:在消除模型上噪声的同时,能保留或恢复模型自身特征,且不引入额外的噪声或变形。由于三维模型的形态差异大、噪声程度难以判别等原因,现有处理方法往往采用多步骤或多次迭代方式进行处理,导致算法的时间复杂度较高,且常常需要大量地调整参数和手动终止迭代操作。为了克服这些缺陷,本文着重研究网格模型上高效的自适应保特征去噪方法。首先,综合分析了体现结构特征的充分磨光模型和包含综合信息的噪声模型,提出了基于线性插值的自适应算法。通过设计自适应线性插值方法,逐步从噪声模型中提取特征信息,并加入到光滑模型中,实现了保持不同程度特征的去噪结果。针对现有局部迭代算法中手动设置终止条件的情形,提出了终止迭代运算的判断条件,并在所设计的算法中加以应用。其次,提出了自适应双边滤波算法。该算法利用拉普拉斯算子描述不同尺度特征,基于拉普拉斯算子差异,自适应地设置高斯函数方差参数,并依据每个三角形面片的几何特征,...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．?１数字几何的相关应用１??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｄｉｇｉｔａｌ?ｇｅｏｍｅｔｒｙ?ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ??
??三维网格模型自适应保特征去噪方法研究???２预备知识??本章论述网格去噪研究中所涉及的相关基础知识，并分析以双边滤波和滚动指导滤??波为代表的经典的局部迭代、全局优化、多步骤，以及张量投票等算法。??２．１三维模型的数学表示??三维模型通常用点云和网格来表示，其示例如图２．１所示。??＇?｜Ｒ??图２．?１网格模型与点云模型的对比??ｔｉｇ．?２．１?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｍｅｓｈ?ｍｏｄｅｌ?ａｎｄ?ｐｏｉｎｔ?ｃｌｏｕｄｓ?ｍｏｄｅｌ??图２．１中，左侧为网格模型，右侧为点云模型。点云是三维坐标下点的数据集，其??不仅包含传统的点集中的三维坐标信息，同时包括颜色、激光反射强度等信息。点越密??集，越能逼真地反映模型表面的真实信息。点以及点与点互相连接形成的面构成了网格??模型。网格模型比点云模型更能直接地展示模型曲面的结构信息，且具有较强的抗干扰??能力。三角网格是模型中最常用的描述方式，它能够更好地描述模型曲面信息并且模型??的显尚效灵活。??—个三角形的网格可以表示为Ｍ?＝?其中，＾／?＝?＞，＾２，１，．．．，，｝代表的是网??格上＂个顶点的信息，其中，ｖ；＝｛ｖ？，＝?｝，／?＝?１，２，３，４，．ｙ＿）｜ｖ；和?ｖ，．通过边??连接｝代表网格上边的集合；尸＝｛乂＝（＾〇卜，．，ｖｓ，ｖ，—个三角面片的三个顶点｝代表??网格上的ｍ个三角形面片，本文将三角形面片／；的面法向记为此外，顶点ｖ，的一??一?８?－??
?大连海事大学硕士学位论文???环邻域顶点索引所构成的集合记为Ａ＾（／）?＝?｛．／１?（／，／）?６五｝，顶点Ｖ，的一环邻域三角面片索??弓丨所构成的集合用＆卜，）来表示。??：．：參：參．??（ａ）共边邻域?（ｂ）共点邻域?（ｃ）几何邻域ｖ??图２．?２网格模型中三角形面片邻域定义示例??Ｆｉｇ．?２．２?Ｅｘａｍｐｌｅ?ｏｆ?ｔｒｉａｎｇｌｅ?ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄ?ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ?ｉｎ?ｍｅｓｈ?ｍｏｄｅｌ??网格模型中大部分方法都是针对法向信息进行处理，所以面法向邻域就用得更多－－??点。面法向的邻域如图２．２所示，总体而言可分为三类：（ａ）共边邻域：与面片．／；共享??一条边的所有面片组成的邻域：（ｂ）共点领域：与面片／；至少共享一个顶点的所有面片??组成的邻域；（ｃ）几何邻域：与／；距离小于给定的半径ｒ的所有面片组成的邻域，其中??距离度量采用的是面片重心的欧氏距离。共点邻域能够较好捕捉局部信息，因此使用得??比较广泛，本文也采用共点邻域。??网格模型去噪过程中，需要用到真实模型和合成模型来做实验。为了验证去噪算法??的鲁棒性，通常在真实模型和合成模型的基础上加入噪声，本文选择加入高斯噪声，因??为高斯噪声能够逼真地模拟真实噪声。在获取三维数据的过程中，最终得到的结果往往??是不同来源的噪声复合体。真实噪音被视为许多不同概率分布的随机变量的组合，其中??任意随机变量都是独立的。根据中心极限定理，其归一化总和就随着噪音源数量的上升??趋近于一个高斯分布。基于这种假设，采用合成高斯噪音，是这种复杂情形的最优仿真。??２．?２经典的双边滤波??双边滤波算法最早应用在图像处理［６３］上，考虑用
本文编号：2896113
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．?１数字几何的相关应用１??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｄｉｇｉｔａｌ?ｇｅｏｍｅｔｒｙ?ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ??
??三维网格模型自适应保特征去噪方法研究???２预备知识??本章论述网格去噪研究中所涉及的相关基础知识，并分析以双边滤波和滚动指导滤??波为代表的经典的局部迭代、全局优化、多步骤，以及张量投票等算法。??２．１三维模型的数学表示??三维模型通常用点云和网格来表示，其示例如图２．１所示。??＇?｜Ｒ??图２．?１网格模型与点云模型的对比??ｔｉｇ．?２．１?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｍｅｓｈ?ｍｏｄｅｌ?ａｎｄ?ｐｏｉｎｔ?ｃｌｏｕｄｓ?ｍｏｄｅｌ??图２．１中，左侧为网格模型，右侧为点云模型。点云是三维坐标下点的数据集，其??不仅包含传统的点集中的三维坐标信息，同时包括颜色、激光反射强度等信息。点越密??集，越能逼真地反映模型表面的真实信息。点以及点与点互相连接形成的面构成了网格??模型。网格模型比点云模型更能直接地展示模型曲面的结构信息，且具有较强的抗干扰??能力。三角网格是模型中最常用的描述方式，它能够更好地描述模型曲面信息并且模型??的显尚效灵活。??—个三角形的网格可以表示为Ｍ?＝?其中，＾／?＝?＞，＾２，１，．．．，，｝代表的是网??格上＂个顶点的信息，其中，ｖ；＝｛ｖ？，＝?｝，／?＝?１，２，３，４，．ｙ＿）｜ｖ；和?ｖ，．通过边??连接｝代表网格上边的集合；尸＝｛乂＝（＾〇卜，．，ｖｓ，ｖ，—个三角面片的三个顶点｝代表??网格上的ｍ个三角形面片，本文将三角形面片／；的面法向记为此外，顶点ｖ，的一??一?８?－??
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