包圍網(wǎng)格構(gòu)造及網(wǎng)格序列重用.pdf

1、隨著三維獲取技術(shù)的發(fā)展，高精度幾何模型和動(dòng)態(tài)幾何模型日益豐富。如何高效地處理和重用這些數(shù)字幾何資源，成為計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、三維游戲和工業(yè)設(shè)計(jì)等諸多領(lǐng)域亟待解決的問題。在變形應(yīng)用中，粗糙包圍網(wǎng)格（簡稱為Cage）作為代理幾何的工具，使得基于Cage的變形算法能夠獨(dú)立于模型的幾何表示和復(fù)雜度，提高了算法的通用性和效率。目前，已有的Cage生成方法都依賴模型的幾何表示或復(fù)雜度，尚缺乏普適性，一定程度上限制了Cage功能的發(fā)揮。在網(wǎng)格序列重用方面，提

2、取Cage序列代理網(wǎng)格序列是有效的途徑，但構(gòu)造僅包含底層的幾何和拓?fù)湫畔⒌腃age序列，缺乏高層次控制手段，難以滿足用戶的交互意圖和動(dòng)畫編輯的需求。鑒于網(wǎng)格序列蘊(yùn)含幾何和運(yùn)動(dòng)兩類資源，單純的運(yùn)動(dòng)混合或靜態(tài)模型間的形狀插值都不能充分發(fā)揮網(wǎng)格序列在動(dòng)畫創(chuàng)作方面的潛力，使得網(wǎng)格序列間重用問題有待深入地探究。本文針對(duì)上述Cage構(gòu)造方法和基于Cage的動(dòng)態(tài)幾何數(shù)據(jù)重用方法存在的不足，提出了一系列具有創(chuàng)新性的解決方法。論文的主要貢獻(xiàn)如下:

3、　　為了解決Cage生成方法缺乏通用性的問題，提出了一種基于可視外殼的Cage生成算法。利用計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域基于圖像信息的三維重建技術(shù)將三維空間的Cage建模問題轉(zhuǎn)化為基于二維圖像的建模問題，避免了Cage構(gòu)造對(duì)模型幾何信息的依賴，使得Cage的生成能夠獨(dú)立于模型幾何表示和復(fù)雜度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示該方法適用于任何能繪制的幾何表示形式，還能夠調(diào)節(jié)Cage的緊致度和構(gòu)造模型局部的Cage。
　　為了解決Cage序列編碼網(wǎng)格序列缺乏高層次控制

4、手段的問題，提出了自適應(yīng)骨架驅(qū)動(dòng)Cage的網(wǎng)格序列表示方法。該方法的核心思想是結(jié)合骨架和Cage的優(yōu)勢，引入骨架輔助初始Cage自適應(yīng)的構(gòu)建從而獲得保持幾何細(xì)節(jié)的網(wǎng)格序列重構(gòu)，以骨架作為操縱柄提供直觀的交互和兼容動(dòng)畫處理的接口。為了魯棒地提取參考姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)學(xué)骨架，借助用戶在模型表面勾畫的方式推導(dǎo)骨架的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，骨架的關(guān)節(jié)點(diǎn)位置由用戶交互點(diǎn)處的最優(yōu)截面線確定;在截面線指導(dǎo)下，初始Cage以自適應(yīng)的方式的構(gòu)建，并自動(dòng)關(guān)聯(lián)Cage頂點(diǎn)與截面線

5、對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)點(diǎn)。初始骨架Cage結(jié)構(gòu)傳遞到網(wǎng)格序列分解為兩個(gè)獨(dú)立的問題:骨架序列直接通過網(wǎng)格上的截面線映射快速獲取;Cage序列通過預(yù)因子化的最小二乘擬合快速生成。為了進(jìn)一步提高重構(gòu)質(zhì)量，引入了基于誤差調(diào)控的自適應(yīng)Cage局部加細(xì)機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，骨架驅(qū)動(dòng)Cage的網(wǎng)格序列表示直觀、緊致和高效，并且成功地應(yīng)用于動(dòng)畫數(shù)據(jù)壓縮、形變遷移、姿態(tài)和動(dòng)畫編輯等。
　　針對(duì)網(wǎng)格序列間可重用的問題，創(chuàng)新性地提出了網(wǎng)格序列漸變的概念，即生成兩個(gè)不

6、同網(wǎng)格序列的中間序列使其幾何形狀隨時(shí)間漸變并展現(xiàn)混合的運(yùn)動(dòng)風(fēng)格。為了充分發(fā)揮序列間的可創(chuàng)造性，設(shè)計(jì)了能夠處理運(yùn)動(dòng)混合和動(dòng)態(tài)形狀插值間所有可能組合情況的統(tǒng)一漸變框架。該框架涉及網(wǎng)格序列表示、網(wǎng)格序列間拓?fù)湟恢禄?，運(yùn)動(dòng)混合，動(dòng)態(tài)形狀插值四個(gè)關(guān)鍵問題。鑒于自適應(yīng)骨架驅(qū)動(dòng)Cage具有骨架和Cage的優(yōu)點(diǎn)，采用該表示方法編碼網(wǎng)格序列，利用骨架實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)混合，利用Cage代理序列的幾何屬性。為了在統(tǒng)一的框架下處理二者間所有可能的組合情況，提出了骨架驅(qū)