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基于二维轮廓线及三维采样点的元球造型技术

作　者: 孙雷
导　师: 金小刚
学　校: 浙江大学
专　业: 计算机应用
关键词: 元球椭圆中轴线三维建模二维轮廓线三维采样点隐式曲面
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本文将物体中轴线的几何特性和元球造型技术结合起来,提出了一种根据物体的二维轮廓线或者三维采样点进行快速三维物体造型的技术。传统基于二维轮廓线的造型技术,大都使用了与现实世界相去甚远的概念,这对于普通用户在理解和使用上都存在着一定难度。本文提出的基于二维轮廓线和元球造型技术,巧妙的利用了中轴线的几何特性,使得整个造型过程变的直观、易懂。同时,该方法可以降低传统元球造型技术中参数确定的难度,达到快速造型的目的。我们首先通过交互获取物体二维轮廓线,然后抽取二维形状的近似中轴线。在此基础上,我们通过设计的算法可以得到逼近二维轮廓线的原始体集(圆,椭圆)。最后设置所得二维原始体的第三维的信息,和元球系统中的其他形状参数,并且对参数进行优化后,我们可以得到最终的三维物体。本文分别给出了基于中轴线和轮廓线数据点获取有效圆和有效椭圆原始体几何的详细算法,并且进行了比较。还比较分析了分别采用圆、椭圆、超椭圆为原始体进行造型的优缺点。对于基于三维采样点的建模,我们使用了PowerCrust的结果,即三维采样点的球体集逼近。我们将获取的每个球体看成一个元球,并且使用Metaball模型生成逼近三维采样点的一张隐式曲面。为了更好的逼近给定的三维采样点,我们对每个元球的参数进行了优化。本文提出的方法可以用于物体的三维快速造型、儿童卡通形状造型和动画特技中。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-20
  1.1 三维几何造型技术简介  8-9
  1.2 隐式曲面  9-17
    1.2.1 简介  9
    1.2.2 隐式曲面技术发展概述  9-10
    1.2.3 隐式曲面造型  10-15
      1.2.3.1 元球的势函数  11-12
      1.2.3.2 自动拟合法  12-14
      1.2.3.3 半自动拟合法  14-15
    1.2.4 隐式曲面绘制  15-16
    1.2.5 隐式曲面动画技术  16-17
  1.3 基于轮廓线的造型技术  17-18
  1.4 我们的思路  18
  1.5 本文组织结构  18-20
第二章基于二维轮廓线的元球造型技术  20-29
  2.1 引言  20
  2.2 算法步骤  20-21
  2.3 二维轮廓线的获取  21
  2.4 抽取近似中轴线  21-26
    2.4.1 基础知识  21-23
    2.4.2 近似中轴线算法  23-26
  2.5 元球系统参数的确定  26
  2.6 结果优化  26-27
  2.7 实验结果  27-28
  2.8 小结  28-29
第三章以椭圆为原始体的元球造型技术及其扩展  29-43
  3.1 引言  29-30
  3.2 基于原始输入点的算法  30-31
  3.3 基于中轴线的算法  31-32
  3.4 椭球势函数  32-33
  3.5 算法比较  33-37
    3.5.1 以圆为原始体与以椭圆为原始体的算法比较  33-34
    3.5.2 基于原始输入点与基于中轴线的算法比较  34-37
  3.6 超椭球势函数  37-38
  3.7 复杂模型造型技术  38-41
  3.8 动画技术  41-42
  3.9 小结  42-43
第四章基于空间采样点的元球造型技术  43-49
  4.1 引言  43-44
  4.2 PowerCrust分析  44-45
  4.3 算法步骤  45-46
  4.4 实验结果  46-48
  4.5 小结  48-49
第五章结论与展望  49-50
  5.1 总结  49
  5.2 展望  49-50
参考文献  50-54
致谢  54

基于二维轮廓线及三维采样点的元球造型技术

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