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网格参数化指为网格模型表面建立与平面或球面等参数域的函数映射,从而建立原模型的顶点与参数域上顶点的对应关系。由于网格参数化为离散、无序的网格模型提供了一种有序的、结构化的描述,为数字几何处理提供了有效的工具,因此在数字几何处理领域有着广泛的应用,网格参数化也一直是近年来数字几何处理领域的热点问题。尽管已经有很多方法提供了各种的参数化效果,包括基网格、平面、球面和其他参数化等,但是这些算法都存在一定局限性。传统平面参数化不能直接对零亏格封闭模型参数化,而球面参数化较为适用于形态接近于球体模型。
针对传统参数化方法存在的不足,本文开展了以下研究工作:
首先,对于形态接近于圆柱或者具有单支简单骨架的网格模型,本文引入了超柱面参数域的定义,通过模型的简化建立其与超柱面的基本映射关系,再将顶点反插入柱面参数域来恢复原模型拓扑,进而对初始参数化结果运用拉伸形变尺度的优化,实现基本的柱面参数化。通过对多个闭合或半封闭模型进行实验,证明了该算法对近圆柱单支骨架模型进行圆柱面参数化的有效性。
其次,对于具有强骨架信息的复杂模型,通过提取骨架信息指引模型分割,对分割后的主体和各分支模型进行柱面参数化,进而将分支圆柱面参数化网格配准、优化并拼接至主体参数化网格,得到无缝的全局参数化网格。通过对多个复杂的骨架模型进行实验,证明了该算法对复杂骨架模型进行骨架引导的复合圆柱面参数化的有效性。
最后,利用超柱面侧面的可展性,在原始模型和纹理图像上选取对应的特征点,通过径向基函数插值算法,实现了圆柱参数化在约束纹理映射贴图中的应用。
本文研究工作的主要贡献在于:本文通过引入超柱面参数域,提出适用于形体接近于圆柱或具有单支简单骨架的封闭、半封闭网格模型的圆柱面参数化算法,由于超柱面侧面可展,超柱面参数化还具有适合于零亏格封闭模型参数化的优点,另外对于形态接近于柱体的模型,超柱面参数化具有更小的几何形变。针对人体和动物等拟人体,通过骨架指引对该类模型进行复合的圆柱参数化,减小了以往参数化方法中由于模型与参数域形态差异过大而引起的几何形变。