包围网格构造及网格序列重用

发布时间：2017-05-30 00:08

  本文关键词：包围网格构造及网格序列重用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着三维获取技术的发展,高精度几何模型和动态几何模型日益丰富。如何高效地处理和重用这些数字几何资源,成为计算机动画、三维游戏和工业设计等诸多领域亟待解决的问题。在变形应用中,粗糙包围网格(简称为Cage)作为代理几何的工具,使得基于Cage的变形算法能够独立于模型的几何表示和复杂度,提高了算法的通用性和效率。目前,已有的Cage生成方法都依赖模型的几何表示或复杂度,尚缺乏普适性,一定程度上限制了Cage功能的发挥。在网格序列重用方面,提取Cage序列代理网格序列是有效的途径,但构造仅包含底层的几何和拓扑信息的Cage序列,缺乏高层次控制手段,难以满足用户的交互意图和动画编辑的需求。鉴于网格序列蕴含几何和运动两类资源,单纯的运动混合或静态模型间的形状插值都不能充分发挥网格序列在动画创作方面的潜力,使得网格序列间重用问题有待深入地探究。本文针对上述Cage构造方法和基于Cage的动态几何数据重用方法存在的不足,提出了一系列具有创新性的解决方法。论文的主要贡献如下：为了解决Cage生成方法缺乏通用性的问题,提出了一种基于可视外壳的Cage生成算法。利用计算机视觉领域基于图像信息的三维重建技术将三维空间的Cage建模问题转化为基于二维图像的建模问题,避免了Cage构造对模型几何信息的依赖,使得Cage的生成能够独立于模型几何表示和复杂度。实验结果表示该方法适用于任何能绘制的几何表示形式,还能够调节Cage的紧致度和构造模型局部的Cage。为了解决Cage序列编码网格序列缺乏高层次控制手段的问题,提出了自适应骨架驱动Cage的网格序列表示方法。该方法的核心思想是结合骨架和Cage的优势,引入骨架辅助初始Cage自适应的构建从而获得保持几何细节的网格序列重构,以骨架作为操纵柄提供直观的交互和兼容动画处理的接口。为了鲁棒地提取参考姿态的运动学骨架,借助用户在模型表面勾画的方式推导骨架的拓扑结构,骨架的关节点位置由用户交互点处的最优截面线确定；在截面线指导下,初始Cage以自适应的方式的构建,并自动关联Cage顶点与截面线对应的关节点。初始骨架Cage结构传递到网格序列分解为两个独立的问题：骨架序列直接通过网格上的截面线映射快速获取；Cage序列通过预因子化的最小二乘拟合快速生成。为了进一步提高重构质量,引入了基于误差调控的自适应Cage局部加细机制。实验结果表明,骨架驱动Cage的网格序列表示直观、紧致和高效,并且成功地应用于动画数据压缩、形变迁移、姿态和动画编辑等。针对网格序列间可重用的问题,创新性地提出了网格序列渐变的概念,即生成两个不同网格序列的中间序列使其几何形状随时间渐变并展现混合的运动风格。为了充分发挥序列间的可创造性,设计了能够处理运动混合和动态形状插值间所有可能组合情况的统一渐变框架。该框架涉及网格序列表示、网格序列间拓扑一致化,运动混合,动态形状插值四个关键问题。鉴于自适应骨架驱动Cage具有骨架和Cage的优点,采用该表示方法编码网格序列,利用骨架实现运动混合,利用Cage代理序列的几何属性。为了在统一的框架下处理二者间所有可能的组合情况,提出了骨架驱动Cage形变迁移方法,用于关联运动混合和形状插值两个方面。为了最小化用户的交互量,设计了结合基域参数化和模板拟合两种方法的混合交叉参数化策略,用于实现网格序列间的拓扑一致化。实验结果表明统一的网格序列渐变框架不仅能够实现网格序列渐变效果,还可用于生成其它动画效果,如变形迁移、运动混合或过渡、动态形状插值。
【关键词】：Cage构造 网格变形 网格序列表示 网格序列渐变 形状迁移 形状插值 运动混合
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-16
• 第1章 绪论16-36
• 1.1 引言16-17
• 1.2 研究现状17-32
• 1.2.1 网格变形18-24
• 1.2.2 网格序列表示24-27
• 1.2.3 形变迁移27-29
• 1.2.4 形状渐变29-32
• 1.3 本文工作与组织结构32-36
• 第2章 基于可视外壳的Cage生成36-54
• 2.1 研究背景与意义36-38
• 2.2 方法概述38-39
• 2.3 基于可视外壳的Cage生成39-44
• 2.3.1 二维Cage的构造39-40
• 2.3.2 可视外壳的构造40-41
• 2.3.3 网格的优化41-44
• 2.4 实验结果与分析44-52
• 2.5 本章小结52-54
• 第3章 自适应骨架驱动Cage的网格序列表示54-74
• 3.1 研究背景和意义54-55
• 3.2 方法概述55-56
• 3.3 基于自适应骨架驱动Cage的表示56-64
• 3.3.1 自适应骨架驱动Cage的构造56-61
• 3.3.2 自适应骨架驱动Cage的重构61-63
• 3.3.3 Cage的自适应加细63-64
• 3.4 实验结果与分析64-71
• 3.4.1 质量分析65-67
• 3.4.2 性能分析67-70
• 3.4.3 应用70-71
• 3.5 本章小结71-74
• 第4章 网格序列渐变74-98
• 4.1 研究背景与意义74-76
• 4.2 相关工作76-78
• 4.3 方法概述78-79
• 4.4 网格序列渐变框架79-88
• 4.4.1 自适应骨架驱动Cage的网格序列表示79-80
• 4.4.2 混合交叉参数化80-85
• 4.4.3 运动混合85
• 4.4.4 动态形状插值85-88
• 4.5 实验结果与分析88-95
• 4.5.1 混合交叉参数化89
• 4.5.2 渐变策略89-93
• 4.5.3 讨论和局限性93-95
• 4.6 本章小结95-98
• 第5章 总结与展望98-102
• 5.1 本文总结98-100
• 5.2 未来工作展望100-102
• 参考文献102-114
• 攻读博士学位期间主要的研究成果114-116
• 致谢116

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 邓正杰;罗笑南;苗晓萍;;Automatic Cage Building with Quadric Error Metrics[J];Journal of Computer Science & Technology;2011年03期

  本文关键词：包围网格构造及网格序列重用，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：405967