散亂數(shù)據(jù)的曲面重建及繪制方法研究.pdf

1、近年來，隨著快速、高精度的三維數(shù)字化掃描設(shè)備的不斷涌現(xiàn)，人們獲取物體表面采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)變得相對簡單、便宜而且準(zhǔn)確。將這些采樣數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換成幾何模型的過程稱為曲面重建，該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于計算機(jī)輔助幾何設(shè)計、計算機(jī)圖形學(xué)、醫(yī)學(xué)圖像處理、計算機(jī)視覺等領(lǐng)域。本文從三維數(shù)字化掃描設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)出發(fā)，針對基于人臉真實照片的整形與美容虛擬手術(shù)系統(tǒng)[1]存在的不足，對散亂數(shù)據(jù)的曲面重建和繪制方法進(jìn)行了研究，具體工作如下： 針對散亂數(shù)據(jù)的曲面重建，本文

2、分析了國內(nèi)外散亂數(shù)據(jù)的曲面重建算法，比較了它們的優(yōu)點(diǎn)和不足，汲取這些算法的優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合人臉的自身特點(diǎn)，提出了一種基于擬合誤差驅(qū)動的自適應(yīng)隱式曲面重建算法。該算法根據(jù)擬合誤差對散亂數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)擬合，通過減少對八叉樹高層節(jié)點(diǎn)的擬合次數(shù)，提高了算法效率；并修正單元分解方法中的權(quán)函數(shù)，加入密度權(quán)函數(shù)，削弱散亂數(shù)據(jù)密度的不一致對重建曲面影響。實驗結(jié)果表明，該算法原理簡單，重建速度快，重建效果良好，滿足三維人臉整形與美容虛擬手術(shù)系統(tǒng)對曲面重建的要

3、求。 針對隱式曲面的繪制，我們發(fā)現(xiàn)采用傳統(tǒng)三角化方法對開區(qū)域上散亂數(shù)據(jù)重建的隱式曲面三角化所得的網(wǎng)格模型會沿著邊界擴(kuò)張。為了解決這個問題，本文提出了一種邊界保持的隱式曲面三角化方法。首先計算散亂數(shù)據(jù)的立方體包圍盒，并對包圍盒所在空間進(jìn)行剖分，建立散亂數(shù)據(jù)的八叉樹存儲結(jié)構(gòu)，得到立方體體素；然后以包含散亂數(shù)據(jù)且與零值面相交的體素為種子，沿零值面進(jìn)行擴(kuò)張。在擴(kuò)張過程中，根據(jù)體素與散亂數(shù)據(jù)的幾何特征關(guān)系對體素分類，對不同類型的體素采用不