三維模型中軸高效生成研究.pdf

1、作為模型的降維表示，中軸在模型檢索、路徑規(guī)劃、模型表示、三維打印、有限元分析等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。然而，目前的三維模型中軸生成方法如瘦化法、Vonoroi圖法、跟蹤法等計算效率普遍較低，極大地限制了中軸的使用?；诖耍疚奶岢隽巳S模型的高效中軸生成方法。論文的主要工作包含以下幾個方面:
　　(1)提出一種面向?qū)嶓w模型的構(gòu)造式增量中軸生成方法
　　針對在設(shè)計過程中實(shí)體模型需要不斷修改且每次模型變化不大的特點(diǎn)，提出一種針對建

2、模過程的增量高效中軸計算方法。在建模過程中，模型將不斷優(yōu)化，需通過布爾操作而改變，若需要從零重新計算整個模型的中軸，則會十分耗時。本方法在布爾運(yùn)算中，尋找結(jié)果模型中中軸將會變動的影響區(qū)域，并以雙隊(duì)算法計算影響區(qū)域的中軸。通過合并影響區(qū)域的中軸和非影響區(qū)域的重用的原有中軸，高效地得出結(jié)果模型的中軸。
　　(2)提出一種面向?qū)嶓w模型的并行式中軸生成方法
　　針對CPU系統(tǒng)的多核特性，提出一種使用CPU多處理器并行計算實(shí)體模型中軸

3、的高效計算方法。單CPU由于串行處理中軸計算，復(fù)雜度較高，對復(fù)雜模型計算效率較差。本方法首先將模型切分成若干部分，而后通過雙隊(duì)算法，計算出每個部分的局部分中軸。接著，計算出各個部分之間的影響，得到各個部分的全局分中軸。最后合并這些分中軸，高效地得出模型的中軸。
　　(3)提出一種面向?qū)嶓w模型的多分辨率中軸生成方法
　　為高效地提高中軸質(zhì)量，提出一種利用多分辨率體素計算實(shí)體模型中軸的方法。當(dāng)前三維模型中軸算法中，中軸質(zhì)量較低、

4、計算代價較大。若提高中軸質(zhì)量，則計算代價更高;若降低計算代價，中軸質(zhì)量更差。為提高中軸質(zhì)量，本方法首先尋找模型細(xì)節(jié)所在的影響區(qū)域，而后對影響區(qū)域進(jìn)行高分辨率的中軸生成。而后，合并影響區(qū)域的中軸和非影響區(qū)域的重用的中軸，高效地得到多分辨率的高質(zhì)量中軸。本方法可以迭代使用，不斷增加中軸質(zhì)量。
　　(4)提出一種面向三維網(wǎng)格模型的并行式中軸網(wǎng)格生成方法
　　針對GPU多線程的特性，提出一種使用GPU并行計算三維網(wǎng)格模型中軸的方法。

5、網(wǎng)格模型是一種常用的模型類型，一般模型都可轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格模型。而當(dāng)前三維模型中軸計算方法一般不使用GPU，導(dǎo)致計算效率較低。本方法首先估計邊界點(diǎn)的法向，而后針對網(wǎng)格模型每個網(wǎng)格端點(diǎn)，使用GPU并行的雙法線算法，計算其中軸點(diǎn)。最后將這些中軸點(diǎn)轉(zhuǎn)化為中軸網(wǎng)格，在中軸網(wǎng)格上保留了邊界網(wǎng)格的拓?fù)溥B接性的同時容易擬合成中軸面，并且計算效率高。
　　(5)開發(fā)三維模型中軸生成原型系統(tǒng)
　　在該系統(tǒng)中集成了實(shí)體模型的構(gòu)造式、并行式和多分辨率的