語義引導(dǎo)的交互式建模與處理.pdf

1、隨著人們對數(shù)字媒體的認(rèn)識與利用從數(shù)字音頻、數(shù)字圖像、數(shù)字視頻步入數(shù)字幾何時(shí)代，人們對于高質(zhì)量三維模型數(shù)據(jù)的需求也在與日俱增.三維模型正在被廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)與制造、生物醫(yī)學(xué)、多媒體娛樂等日常生活的各個(gè)領(lǐng)域.作為計(jì)算機(jī)圖形的重要研究內(nèi)容之一，三維模型建模與處理，一直廣受關(guān)注.如何準(zhǔn)確、智能、高效及方便的創(chuàng)建與處理三維模型始終是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的重要研究課題.近年來，人們逐漸意識到通過對模型形狀、結(jié)構(gòu)以及功能等語義信息的分析與理解有助于三維模型

2、的創(chuàng)建與處理，因此數(shù)據(jù)幾何處理研究正在由低層次的幾何屬性分析逐步向高層次的語義分析轉(zhuǎn)變.此外，智能交互技術(shù)的蓬勃發(fā)展激發(fā)了用戶參與模型建模與處理的熱情.用戶對于簡單易用的交互建模工具的需求正在不斷增大.在這兩大發(fā)展趨勢的相互影響與促進(jìn)下，三維模型建模與處理也呈現(xiàn)出基于語義分析的形狀分析方法與用戶交互的建模手段相結(jié)合的趨勢.
　　本文圍繞語義引導(dǎo)的交互建模與處理這一核心問題進(jìn)行研究，針對具體的三維形狀分割與三維形狀建模問題提出了新穎

3、的解決方法和交互方式.并將語義引導(dǎo)的模型處理思想推廣到建筑外立面建模領(lǐng)域.論文主要研究成果包括:
　　1.針對三維形狀分割，我們提出了一種語義引導(dǎo)的前景勾畫式三維形狀分割技術(shù)，Paint Mesh Cutting.與之前的交互分割算法不同，用戶只需關(guān)注感興趣的前景區(qū)域，并通過在前景區(qū)域漸進(jìn)式勾畫，實(shí)時(shí)得到形狀的語義分割結(jié)果.這種分割方式體現(xiàn)了“所畫即所得”的設(shè)計(jì)宗旨.我們是通過引入模型的語義分析實(shí)現(xiàn)這一交互分割技術(shù)的.我們利用高斯

4、混合模型和形狀直徑函數(shù)(Shape DiameterFunction)對模型的結(jié)構(gòu)與用戶分割意圖加以學(xué)習(xí)與理解，并結(jié)合基于視覺感知的極小值原則(minima rule)及圖分割優(yōu)化算法對模型進(jìn)行分割.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與用戶測評表明，我們提出的算法能夠協(xié)助用戶輕松的完成形狀分割任務(wù)并得到精確的分割結(jié)果.
　　2.針對三維形狀建模，我們提出了一種語義引導(dǎo)的草圖勾畫式三維形狀建模技術(shù).用戶使用草圖勾畫的交互方式，并通過三維模型部件裝配的方法創(chuàng)建

5、新模型.與之前的草圖勾畫式形狀建模技術(shù)不同，我們的系統(tǒng)在用戶進(jìn)行草圖勾畫時(shí)，在草圖下方動態(tài)提供陰影引導(dǎo)圖以協(xié)助用戶準(zhǔn)確快速的表達(dá)設(shè)計(jì)意圖.系統(tǒng)采用基于草圖的三維形狀檢索技術(shù)實(shí)現(xiàn)形狀檢索與陰影引導(dǎo)圖合成，并利用用戶草圖輔助模型部件的拼接.此外，借助于對數(shù)據(jù)庫中三維形狀的結(jié)構(gòu)語義分析，我們創(chuàng)建的模型保持了原有模型的結(jié)構(gòu)特征.用戶通過勾畫草圖還可對模型進(jìn)行進(jìn)一步的編輯處理.用戶測評表明，我們的系統(tǒng)可以輔助用戶準(zhǔn)確高效的表達(dá)建模意圖及創(chuàng)建新模型

6、.
　　3.我們將語義引導(dǎo)的分析與建模思想推廣到建筑外立面建模領(lǐng)域，提出了一種語義引導(dǎo)的建筑外立面結(jié)構(gòu)化修復(fù)技術(shù).我們通過分析將外立面抽象的表達(dá)為一組網(wǎng)格的布局，并將外立面修復(fù)問題分解為外立面網(wǎng)格布局的結(jié)構(gòu)修復(fù)與外觀修復(fù)兩個(gè)部分.我們首先利用概率圖模型對大量建筑外立面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行學(xué)習(xí)與理解，并對外立面的網(wǎng)格屬性信息進(jìn)行分析.給定不完整的外立面，我們首先通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對外立面高層次屬性進(jìn)行推測，并利用因子圖模型進(jìn)行采樣，得到符合可見部