三維數據場的三維重建與模型的虛擬切割研究.pdf

1、三維數據場的三維重建以及三維模型的虛擬切割是目前的一個研究熱點問題。科學計算與工程測量所得數據場往往是三維數據場，由三維數據場重建等值面或是被測量物體的三維模型，可以更加直觀的分析與處理數據。虛擬切割操作是一種重要的交互式操作手段，一方面對三維模型進行虛擬切割可以消除模型不同部分的相互遮擋，方便進行觀察；另一方面對三維模型進行虛擬切割還可以模擬對真實對象的切割過程，得到最佳的操作方案。本文探討了如何由三維數據場實現(xiàn)三維重建，以及三維模型

2、數據的后處理技術。針對表面模型所包含的三角形數量巨大的問題，提出了網格簡化算法。并提出了一種基于原始數據分割的虛擬切割算法。本文主要有以下一些工作：
　　 (1)針對MC算法生成的等值面是散亂三角形，并且不能反映三角形之間的連接關系，也不能有效的區(qū)分子等值面的缺點。首先采用排序歸并算法，歸并頂點數據。根據相鄰三角形共有頂點的特性，確定三角形之間的連接關系。根據屬于同一個子等值面的三角形相互連接的特性，采用種子算法，將屬于不同子等

3、值面數據進行分組。采用頂點表與三角形表的數據結構存放子等值面的數據，最終實現(xiàn)MC算法生成數據的分組與網格化。
　　 (2)在MC算法原理的基礎上，提出一種改進的等值面提取與子等值面分組算法。首先將三維數據場分解為點、棱邊、面與體元的拓撲結構。在整個三維數據場范圍內求所有棱邊與等值面的交點，在面內連接交點形成面與等值面的交線，交線在體元內連接生成空間多邊形。三角化各個體元內的空間多邊形得到由頂點表與三角形表組成的等值面數據。根據三

4、角形在頂點處的連接關系，采用種子算法對屬于同一子等值面的三角形與頂點進行標記，屬于同一子等值面的頂點與三角形將被存放在獨立的頂點表與三角形表中。
　　 (3)在初始網格上提取控制點控制網格簡化，以初始網格的三角形的中心點作為第一類控制點，以特征邊的頂點作為第二類控制點。在網格內每個控制點有唯一對應的受控制三角形，每個三角形擁有第一類控制點集合與第二類控制點集合。提出兩種的網格簡化算法：第一種網格簡化算法以控制點與受控三角形之間的

5、距離作為簡化誤差，根據設定的三角形權重，按照順序進行三角形折疊操作，簡化操作后必須滿足控制點到受控三角形的距離小于閾值；第二種網格簡化算法通過設定網格能量控制函數，采用基于三角形折疊與頂點刪除相結合的網格簡化操作，網格簡化必須滿足網格能量控制函數值降低的要求。
　　 (4)提出一種三維模型的虛擬切割算法。在三維數據場內，首先根據屬于同一個子物體的數據點之間六連通特性，對屬于不同子物體的數據點進行標記，實現(xiàn)子物體數據的分組。對屬于