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动态三维几何模型的隐式外形注册技术研究

作　者: 姜巍
导　师: 党岗
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 动态三维几何模型隐式外形注册三维向量距离函数全局匹配局部注册稠密对应关系
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 26次
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内容摘要

动态三维几何模型研究是当前国际学术界新发起的一个前沿研究领域,它通过随时间连续演化(刚性/非刚性变换)的三维几何模型,表示了现实世界中的动态对象(如人体、动物、车辆、机器、衣物和植物等),可显著提高计算机图形学表现现实世界的能力。外形注册是动态三维几何模型的获取、重建、编辑等操作的基础,它通过在两个或多个不同的坐标系之间建立一一映射,使在不同坐标系中的模型根据其特征相互匹配。本文重点针对外形注册领域的外形表示方法,外形注册方法,外形间差异度量等关键技术问题开展了深入研究,设计并实现了一种自动的隐式外形注册求解方法。该方法的主要贡献是:(1)提出用隐式方法表示外形,可以处理任意拓扑结构的模型,而且可以在不同外形之间进行补洞操作;(2)提出一种新型全局刚性注册算法(GVDF),该算法可以计算各种对象间的全局刚性变换,完成全局刚性注册,算法的注册精度高于本领域占统治地位的经典最近点迭代(ICP)算法;(3)提出一种基于增加的自由形态变形(IFFD)的局部非刚性注册算法(IFFDN),该算法可以得到光滑连续的变换,完成复杂变形模型的外形注册。本文设计的方法可以在外形注册过程中一致的保持外形拓扑关系,得到光滑、连续的局部注册域,进而建立正确、稠密的一一对应关系,并且可以自然的处理有噪声甚至有数据缺失的时变点云模型。实验结果表明,该方法对合成模型和真实扫描模型具有很高的鲁棒性。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-20
  1.1 课题背景  12
  1.2 研究现状  12-17
    1.2.1 外形表示  12
    1.2.2 注册方法  12-15
    1.2.3 注册标准  15-17
    1.2.4 图像非刚性注册  17
  1.3 研究目标和研究内容  17-18
    1.3.1 研究目标  17
    1.3.2 研究内容  17-18
    1.3.3 主要创新点  18
  1.4 论文结构  18-20
第二章距离向量表示  20-27
  2.1 引言  20
  2.2 向量距离函数空间的基本理论  20-22
  2.3 向量距离函数表示及其性质  22-24
    2.3.1 传统标量距离函数表示  22-23
    2.3.2 向量距离函数表示  23-24
  2.4 获取距离向量  24-26
  2.5 小结  26-27
第三章基于隐式向量距离的全局刚性注册方法(GVDF)  27-43
  3.1 引言  27-28
  3.2 算法描述  28-29
  3.3 算法分析  29-31
  3.4 数值求解  31-39
    3.4.1 旋转表示法分析  31-33
    3.4.2 非线性最优化求解  33-39
  3.5 实验结果  39-42
  3.6 小结  42-43
第四章基于自由形态变形的局部非刚性注册方法(IFFDN)  43-56
  4.1 算法描述  43
  4.2 自由形态变形表示法  43-47
    4.2.1 样条插值方法  44-46
    4.2.2 自由形态变形方法  46-47
  4.3 基于增加的自由形态变形(IFFD)的非刚性注册  47-51
    4.3.1 局部注册最优化求解方法  47-50
    4.3.2 用改进的Seidel 迭代方法求解病态线性方程  50-51
    4.3.3 几何特征调整  51
  4.4 实验结果  51-54
  4.5 小结  54-56
第五章全局-局部外形注册方法实现与应用  56-63
  5.1 方法设计与实现  56-57
  5.2 实验  57-62
    5.2.1 匹配  58-61
    5.2.2 补洞  61
    5.2.3 稠密的对应关系  61-62
  5.3 结论  62-63
第六章结束语  63-65
  6.1 工作总结  63
  6.2 研究展望  63-65
致谢  65-67
参考文献  67-71
作者在学期间取得的学术成果  71-72
附录A 注册算法的注册标准及最优化求解方法  72-73

动态三维几何模型的隐式外形注册技术研究

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