三維網(wǎng)格拓?fù)涓兄Ｐ图皯?yīng)用研究.pdf

1、隨著三維模型掃描設(shè)備和交互式建模工具的快速發(fā)展和廣泛使用,以三維模型為表現(xiàn)形式的第四代數(shù)字媒體——數(shù)字幾何,比二維圖像具有更豐富的視覺感知細(xì)節(jié)和內(nèi)容,更適用于人類的視覺感知和思維模式,在實(shí)際應(yīng)用中被廣泛采用。三維數(shù)字幾何的數(shù)據(jù)越來越龐大,要完整地呈現(xiàn)真實(shí)的虛擬場景和實(shí)時(shí)地繪制這些三維數(shù)字幾何實(shí)體是一件相當(dāng)困難的事情。基于視覺感知理論的三維模型處理理論與技術(shù)可在保證視覺感知質(zhì)量的前提下,能較大幅度地提高三維場景的渲染性能,已成為計(jì)算機(jī)圖形

2、學(xué)界的研究熱點(diǎn),為三維數(shù)字幾何處理與應(yīng)用提供了一種有效的途徑。
　　視覺感知理論的核心之一是提供可計(jì)算的視覺感知模型,主要集中在視覺注意機(jī)制、視覺掩蔽效應(yīng)和拓?fù)渲X理論三個(gè)方面。在三維數(shù)字幾何處理技術(shù)中,主要體現(xiàn)為三維網(wǎng)格顯著圖、粗糙圖和骨架提取。然而,現(xiàn)有研究主要側(cè)重于人類視覺系統(tǒng)的單一視覺感知特性,缺乏通用的視覺感知處理模型和三維模型視覺質(zhì)量及視覺降質(zhì)的客觀評估方法。具有視覺意義的三維模型分割是視覺感知理論的重要組成部分,基于

3、馬爾科夫隨機(jī)場的分割可較好地對三維模型的視覺先驗(yàn)知識(shí)和幾何特征進(jìn)行建模。目前,基于馬爾科夫隨機(jī)場實(shí)現(xiàn)具有視覺意義的三維模型分割的研究還處于起步階段,缺乏易于集成不同特征的基于馬爾科夫隨機(jī)場的三維網(wǎng)格分割通用框架。本文針對上述研究熱點(diǎn)中存在的問題展開研究,論文的主要研究工作和創(chuàng)新性如下:
　　(1)提出了一種三維網(wǎng)格拓?fù)涓兄獔D通用計(jì)算模型——SMTPM(Skeleton Modulated Topological Perceptio

4、n Map)。從人類視覺系統(tǒng)的視覺注意機(jī)制、視覺掩蔽效應(yīng)和全局拓?fù)涓兄筇匦猿霭l(fā),提出了自底向上的改進(jìn)的顯著度圖譜模型以及面向全局拓?fù)涓兄匦院瓦\(yùn)動(dòng)重要性的基于骨架提取技術(shù)的骨架圖譜模型。以骨架圖譜對三維模型的顯著度圖譜和粗糙度圖譜進(jìn)行調(diào)制,提出了一種通用的視覺感知處理模型。該模型分別在不同的退化情況下可描述HVS的視覺注意機(jī)制和視覺掩蔽效應(yīng)特性。
　　(2)基于三維網(wǎng)格拓?fù)涓兄獔D通用計(jì)算模型,提出了一種適于三維模型簡化過程中的

5、多尺度視覺降質(zhì)評估算法,并用于簡化算法的比較?？紤]SMTPM在退化為顯著度圖譜時(shí)的情形,以香農(nóng)信息熵為工具,提出了面向結(jié)構(gòu)相似性視覺降質(zhì)的全局感知結(jié)構(gòu)化降質(zhì)評估方法,實(shí)現(xiàn)了多尺度的結(jié)構(gòu)化視覺降質(zhì)度量和三維模型簡化算法的比較。通過構(gòu)建主觀實(shí)驗(yàn)評測庫和設(shè)計(jì)主觀實(shí)驗(yàn)評測協(xié)議,實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表明,該評估算法要優(yōu)于傳統(tǒng)的幾何度量方法,并具有多尺度評估的特性,適于多分辨率和多層次細(xì)節(jié)等應(yīng)用。
　　(3)基于三維網(wǎng)格拓?fù)涓兄獔D通用計(jì)算模型,提出了

6、一種視點(diǎn)快速選擇方法,定義了用于三維模型視覺質(zhì)量評價(jià)的感覺熵?；赟MTPM模型,提出了視點(diǎn)感知信息量、最佳視點(diǎn)和最不利視點(diǎn)的定義及計(jì)算方法,并基于子分模板設(shè)計(jì)了一種迭代式快速視點(diǎn)選擇算法。同時(shí),還基于視點(diǎn)感知信息量定義了球形視點(diǎn)感知信息譜,為所有三維模型的視覺感知信息提供了統(tǒng)一規(guī)范的表達(dá)方式。基于球形視點(diǎn)感知信息譜,本文定義了感覺熵,為三維模型處理提供了通用的視覺質(zhì)量度量和理論指導(dǎo)。
　　(4)提出了基于馬爾科夫隨機(jī)場的三維模型