基于計算機圖形學的人類頭骨修復技術.pdf

1、在科學技術的發(fā)展歷程中,利用人類頭骨進行人臉重建的技術由多學科融合而成并不斷演化發(fā)展,始終是中外學者們研究的熱門。為了保證原始頭骨不被破壞,頭骨通常經(jīng)三維掃描儀掃描后轉換成計算機可以識別的格式,并且以三角網(wǎng)格的形式存儲在計算機中。頭骨模型通常會碎成若干碎片,并且在面部等包含豐富幾何信息的脆弱區(qū)域出現(xiàn)破洞、裂隙等數(shù)據(jù)丟失的問題。頭骨碎片的拼接和破洞的修復是人臉重建的關鍵和前提。而對幾何物體的建模和修復正是計算機圖形學的重要研究課題,也是本

2、文的重點所在。
　　 本文討論了半邊數(shù)據(jù)結構和頭骨數(shù)據(jù)在計算機中的表現(xiàn)形式,介紹了曲面主曲率的概念及其離散化方法,和形狀直徑函數(shù)的特點及計算,并討論了主曲率和形狀直徑函數(shù)在本研究課題中的應用。
　　 本文研究了頭骨碎片的拼接和數(shù)據(jù)修復的完整流程,提出了基于模板的初始碎片拼接算法和基于邊緣曲線的改進拼接算法。之后,在碎片拼接的基礎上,提出基于對稱性和模板的數(shù)據(jù)修復算法,對頭骨模型存在的破洞、裂隙等問題進行修復。
　　

3、 本文首先根據(jù)頭骨碎片的幾何信息和解剖學特征,從數(shù)據(jù)庫中選取出與頭骨碎片類似的頭骨作為模板,結合碎片的Slippage和Spin Image特征作為初始匹配,將ICP算法用于碎片到模板的剛性配準,提出基于頭骨模板誘導碎片集進行初始拼接的算法。在此基礎上,分析碎片邊緣曲線的幾何信息,優(yōu)化曲線距離誤差,提出基于邊緣曲線的改進拼接算法。經(jīng)過這兩步的拼接過程,使頭骨碎片被精確的拼接到一起。
　　 本文還針對頭骨模型丟失的數(shù)據(jù),討論了頭

4、骨數(shù)據(jù)修復的方法。在進行數(shù)據(jù)修復時,首先提出基于主曲率和形狀直徑函數(shù)的頭骨對稱性檢測算法。進而利用頭骨的鏡面對稱性和幾何相似性,提出基于對稱性和模板的有效數(shù)據(jù)修復算法,修復頭骨丟失的數(shù)據(jù),再現(xiàn)頭骨的原始幾何形態(tài),為未來對頭骨模型的分析研究奠定基礎。
　　 對于破損嚴重的頭骨數(shù)據(jù),為了提高數(shù)據(jù)修復的精度,本文提出了數(shù)據(jù)修復的迭代算法。該算法迭代進行基于對稱性利基于模板的數(shù)據(jù)修復流程,一步步提高修復的精度,保證修復結果具有較高的可靠