【摘要】：三維模型的孔洞修補是三維可視化技術的基礎,為考古數(shù)字化、醫(yī)學圖像研究、刑偵學等領域提供輔助,具有重要的應用價值�，F(xiàn)有三維模型的孔洞修補方法,針對含有孔洞數(shù)量大、孔洞類型多樣的大規(guī)模復雜三維模型修復效果不佳,且針對特殊的文物模型往往難以取得理想的效果,如秦俑文物。因此,本文綜合運用數(shù)字幾何處理、計算機圖形學等技術,著眼于大規(guī)模復雜曲面的三維模型孔洞修補,以及計算機輔助文物模型修復等方法展開研究。主要工作如下:(1)提出一種基于泊松方程的孔洞修補算法(Hole-filling Algorithm based on Poisson Equation,HAPE)�；谠寄Ｐ蛶缀涡畔⒔⒉此煞匠�,對輸入模型曲面進行全局擬合,然后根據(jù)孔洞信息對擬合得到的預測曲面進行裁剪并與原孔洞模型縫合。該擬合方式無需空間分割和整合過程,避免了傳統(tǒng)算法修補后網(wǎng)格自交的情況。實驗結(jié)果表明,該算法針對孔洞數(shù)量龐大且孔洞類型多樣的大規(guī)模復雜三維網(wǎng)格模型修補效果較好,具有全局性,能夠保持模型原始幾何信息,同時較好地還原孔洞區(qū)域形狀。(2)提出一種基于法向調(diào)整的自適應特征增強算法。通過引入曲面平均彎曲度識別具有顯著特征的孔洞修補區(qū)域,然后定義鄰域頂點加權法向量對頂點位置進行調(diào)整,從而增強曲面特征。實驗結(jié)果表明,該算法能夠在不增加頂點數(shù)量的同時優(yōu)化網(wǎng)格質(zhì)量,具有較好地簡潔性及較強的魯棒性,針對三維模型表面幾何紋理特征的增強具有較好地效果。(3)圍繞文物虛擬復原中的文物數(shù)字化建模問題,將HAPE孔洞修補算法及特征增強算法應用于秦俑文物網(wǎng)格模型,以修補實際掃描產(chǎn)生的孔洞,并對模型表面的顯著特征進行增強,從而得到完整且還原度較高的文物網(wǎng)格模型,為后續(xù)相關文物研究提供穩(wěn)健的數(shù)據(jù)基礎。
【圖文】：

方法：最小代價切割算法。其思想是將輸入模型定義為內(nèi)部單位體素的集合，將三維逡逑模型分割得到的單位體素標記為內(nèi)部或外部，使用全局的方式分別對其使用不同的修逡逑補方法。Ｈ６ｔｒｏｙ等人ｍ將輸入的任意多邊形網(wǎng)格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成體素表示，利用形態(tài)學算逡逑子允許用戶修改離散模型的拓撲結(jié)構(gòu)，將經(jīng)過轉(zhuǎn)換校正的體素形式轉(zhuǎn)化回三角網(wǎng)格模逡逑型，該方法能夠快速識別具有潛在拓撲錯誤的區(qū)域，并允許用戶選擇是否修復它們，逡逑該算法適用于修復大面積孔洞區(qū)域，但是針對細節(jié)特征顯著的區(qū)域，算法缺少一個計逡逑算控制大小和形狀拓撲的臨界值，所以對細節(jié)修復效果不理想。逡逑基于體素的孔洞修補算法能夠準確處理維度空間上的不同數(shù)據(jù)，也可以處理原始逡逑網(wǎng)格存在自相交等情況，保證修補后的網(wǎng)格完全封閉，魯棒性強。但是，當三維模型逡逑建模過程比較復雜時，由于該算法要進行體素數(shù)據(jù)與網(wǎng)格數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換計算，造成逡逑空間上的疊加，并致使模型局部特征信息丟失，致使原始模型的曲率變化較大的顯著逡逑特征無法有效還原。同時，網(wǎng)格與體素的相互轉(zhuǎn)化勢必會改變原始網(wǎng)格的特征信息，逡逑大大增加三角網(wǎng)格數(shù)量，，產(chǎn)生錯亂的拓撲結(jié)構(gòu)，將原始網(wǎng)格模型變得更復雜，致使最逡逑

從而實現(xiàn)整體孔洞的完整修補，但這一方法要求孔洞局部數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，使用成本較逡逑低的設備或者研發(fā)者對掃描速度要求較高的情況下，設備掃描得到的孔洞周圍信息量逡逑少、辨識度不高所以修補效果魯棒性不高。圖２為部分基于曲面的修補方法文獻的修逡逑補效果。逡逑４逡逑
【學位授予單位】：西北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.7

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本文編號：2521735