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基于几何基元的点模型处理关键技术研究

作 者: 刘光帅
导 师: 李柏林
学 校: 西南交通大学
专 业: 机械设计及理论
关键词: 反求工程 点模型 几何基元 数据分割 形状匹配 模型修复
分类号: TP391.41
类 型: 博士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


点模型以离散点为表面表达方式,比较于传统的三角网格模型,点模型具有如下优点:数据获取方便、数据结构简单及无需维护拓扑结构等。在计算机图形学领域中,点模型的数字几何处理已成为一个新兴的研究热点。本文以点模型为研究对象,以几何基元为基本几何描述方式,探索有效的几何基元的探测方法及其若干关键应用。本文的主要的工作内容有:1.提出了一种新的基于RANSAC范型的几何基元探测方法,并通过实验结果分析验证了方法的有效性及健壮性;定义了面向局部采样策略的模型分析方法,对于大规模点模型,局部采样策略可确保稳健地提取高概率值的几何基元;在进一步融合惰性评分估计模式的基础上,开发出一套高效实用的算法。2.针对大规模点模型,提出了一种基于分解模式的点模型压缩方法;由于几何基元具有良好的逼近属性,故可有效地将图像技术应用于压缩位移映射;点模型交互式绘制时,可实现面向GPU的快速数据解压缩。3.提出了基于几何基元导引的点模型分割与匹配方法,旨在自动探测到点模型中蕴含的实体对象;该方法将探测简化为一个图匹配问题:实体对象由其对应的几何基元进行描述,并将实体对象映射为图节点,对象之间的几何关系映射为图边;鉴于几何基元数远低于点数量,故对于大规模点模型,上述图匹配是非常有效的;图匹配过程中,若未满足关联于图边的几何约束,则可快速地检索并删除非法匹配。4.基于已探测到的几何基元,可将探测到的几何基元延伸至点模型缺失区域,进而完成几何体上未观测到部分的有效修补。针对包含复合边界的复杂空洞修补问题,本文提出了新的处理策略:极小化一个新的曲面能量,利用该能量可优先选择依附于几何基元的曲面,旨在使修补完成的曲面部分能够与延伸的几何基元完成有效闭合;针对未采用合适几何基元描述的曲面部分,本文方法将自动地选择极小曲面完成修补。综上所述,本文对基于几何基元的点模型处理的若干关键环节提出了新的设想及新的算法,为反求工程提供了新的方法与技术,其在计算辅助设计和图形学的工程实际中具有广阔的应用前景。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章 绪论  12-26
  1.1 三维数字模型的表达  12-15
    1.1.1 三角网格模型表达  13-14
    1.1.2 点模型表达  14-15
  1.2 点模型几何处理  15-16
    1.2.1 点模型几何处理的研究内容  15
    1.2.2 点模型几何处理的研究难点  15-16
  1.3 点模型几何处理研究进展  16-23
    1.3.1 点模型识别  16-19
    1.3.2 点模型压缩  19-20
    1.3.3 点模型检索与匹配  20-22
    1.3.4 点模型修复  22-23
  1.4 本文目标  23-24
  1.5 本文工作  24-26
第2章 点模型几何基元基础  26-35
  2.1 点模型法矢估计  26-28
  2.2 最小移动二乘曲面  28-31
  2.3 点模型几何基元  31-34
  2.4 本章小结  34-35
第3章 点模型几何基元识别方法  35-64
  3.1 引言  35-36
  3.2 随机抽样一致性范型  36-39
  3.3 点模型形状提取总体流程  39-40
  3.4 几何基元估计关键技术  40-44
    3.4.1 几何基元估计表达  40-41
    3.4.2 形状探测复杂度计算  41-42
    3.4.3 点模型局部采样策略  42-44
  3.5 几何基元度量的评分准则  44-48
    3.5.1 几何基元评分函数构建  44-45
    3.5.2 几何基元评分函数估计策略  45-48
  3.6 点模型几何基元探测拓展策略  48-52
    3.6.1 基于外存的几何基元探测方法  48
    3.6.2 极大几何基元延伸策略  48-49
    3.6.3 基于交替评分的几何基元度量  49-52
  3.7 实验结果分析  52-63
  3.8 本章小结  63-64
第4章 基于几何基元分解的点模型压缩方法  64-84
  4.1 引言  64
  4.2 点模型压缩方法框架  64-66
  4.3 点模型压缩关键技术  66-75
    4.3.1 点模型重采样策略  67
    4.3.2 高度场过滤与子采样  67-68
    4.3.3 面向并行解压缩的矢量量化  68-69
    4.3.4 压缩模型的码书生成  69-73
    4.3.5 金字塔层次结构表达  73-75
    4.3.6 磁盘压缩的自适应编码  75
  4.4 点模型解压缩关键技术  75-76
  4.5 点模型绘制关键技术  76-79
    4.5.1 层次细节模型  76-77
    4.5.2 无空洞的点模型绘制  77-78
    4.5.3 点模型的法矢估计  78-79
  4.6 实验结果分析  79-83
  4.7 本章小结  83-84
第5章 几何基元引导的点模型分割与匹配  84-95
  5.1 引言  84-85
  5.2 点模型数据拓扑图  85-86
  5.3 基于几何基元的形状匹配  86-93
    5.3.1 几何构型的特征查找图  86-87
    5.3.2 递归约束子图匹配  87-89
    5.3.3 实验处理结果分析  89-90
    5.3.4 查找图延伸策略  90-93
  5.4 本章小结  93-95
第6章 基于几何基元的不完全点模型重构  95-114
  6.1 引言  95-97
  6.2 几何基元引导的修补描述  97-98
    6.2.1 不完全点模型空洞区域拟合方法  97-98
    6.2.2 不完全点模型缺失区域原始形状探测  98
  6.3 几何基元黏附率与连通性表达  98-104
    6.3.1 连续能量方程描述  98-100
    6.3.2 离散全局优化处理  100-102
    6.3.3 内外约束的布局定位策略  102-103
    6.3.4 几何基元连通性准则  103-104
  6.4 特征保持的点模型细节重构  104-107
    6.4.1 细节保持的重构方法  104-105
    6.4.2 尖锐特征保持的曲面提取  105-107
  6.5 基于高度场的数据修复描述  107-108
  6.6 实验结果分析  108-113
  6.7 本章小结  113-114
结论  114-117
致谢  117-118
参考文献  118-133
攻读博士学位期间发表的论文及科研成果  133-135

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理(信息加工) > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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