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文檔簡介
1、隨著三維獲取技術(shù)的發(fā)展,高精度幾何模型和動態(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,成為計算機動畫、三維游戲和工業(yè)設(shè)計等諸多領(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畫編輯的需求。鑒于網(wǎng)格序列蘊含幾何和運動兩類資源,單純的運動混合或靜態(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。本文針對上述Cage構(gòu)造方法和基于Cage的動態(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。利用計算機視覺領(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)造對模型幾何信息的依賴,使得Cage的生成能夠獨立于模型幾何表示和復(fù)雜度。實驗結(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畫處理的接口。為了魯棒地提取參考姿態(tài)的運動學(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)點位置由用戶交互點處的最優(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,并自動關(guān)聯(lián)Cage頂點與截面線
5、對應(yīng)的關(guān)節(jié)點。初始骨架Cage結(jié)構(gòu)傳遞到網(wǎng)格序列分解為兩個獨立的問題: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)機制。實驗結(jié)果表明,骨架驅(qū)動Cage的網(wǎng)格序列表示直觀、緊致和高效,并且成功地應(yīng)用于動畫數(shù)據(jù)壓縮、形變遷移、姿態(tài)和動畫編輯等。
針對網(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,即生成兩個不
6、同網(wǎng)格序列的中間序列使其幾何形狀隨時間漸變并展現(xiàn)混合的運動風(fēng)格。為了充分發(fā)揮序列間的可創(chuàng)造性,設(shè)計了能夠處理運動混合和動態(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?,運動混合,動態(tài)形狀插值四個關(guān)鍵問題。鑒于自適應(yīng)骨架驅(qū)動Cage具有骨架和Cage的優(yōu)點,采用該表示方法編碼網(wǎng)格序列,利用骨架實現(xiàn)運動混合,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)
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