一种任意拓扑的多边形网格模型融合方法技术

本发明专利技术公开了一种任意拓扑的多边形网格模型融合方法，包括以下步骤：１）从已有模型上截取感兴趣的部件；２）在过渡基元的辅助下将部件放置在合适的位置；３）在屏幕上用鼠标绘制线条以指定连接已有模型的中间过渡物体的大致轮廓；４）采用变分隐式曲面定义光滑插值边界并符合指定轮廓的过渡曲面；５）采用局部化的移动立方体算法，对过渡曲面进行多边形化并与已有模型进行无缝连接。本发明专利技术通过将已有的多边形网格模型以自然、光滑的方式融合在一起，得到新的复杂多边形网格模型，从而为非专业人员提供了一种简便直观的造型方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机才莫型处理技术，特别是涉及一种任意拓朴情况的多 边形网格模型融合方法。
技术介绍
三维物体融合通过将已有物体的部件无缝地拼接在 一起以构造出兼 有它们特征的新模型，提供了一种操作简洁、功能强大的造型工具。在早期， 一些研究人员提出运用参数化技术建立待融合物体边界处影 响区域之间的映射关系，然后对影响区域进行混合处理以达到光滑拼接，参见T. Kanai. H. Suzuki, J. Mitani and F. Kimura. Interactive mesh flision based on local 3D metamorphosis. In Proceedings of Graphics Interface, 1999， pp 148-156。近年来，微分域多边形网格处理技术的发展为实现融合操作提供了新 思路。在建立边界之间的对应关系后，将对应边界变换到一致的形状并将 变换扩散到对应边界的影响区域产生一个渐变的过渡，由于仅需建立边 界之间的对应关系，这种方法可以4艮好地适用于亏^f各不为0的物体间的融 合，参见Y. Yu. K. Zhou, D. Xu. X. Shi. H. Bao， B. Guo and H. Shum. Mesh editing with Poisson-based gradient field manipulation. ACM Transactions on Graphics 23(3): 664-651. 2004以及O. Sorkine， Y. Lipman， D. Cohen-Or, M. Alexa, C. Rossi and H.P.Seidel. Laplacian surface editing. In Proceedings of EUROGRAPHICS/ACM SIGGRAPH Symposium on Geometry Processing, pp 179-188. 2004。但无论是基于参数化技术的方法还是基于微分域多边形 网格处理的方法，都采取将待融合物体的边界直接拼接在一起，然后对边 界附近定义的影响区域进行特定操作以实现光滑拼接的策略，因而这些策 略只能处理两个对应边界之间的融合，而无法处理多个边界的同时融合。
技术实现思路
本专利技术提供一种任意拓朴的多边形网格模型融合方法，在于解决现有多边形网格模型融合方法存在的拓朴限制问题。一种任意拓朴的多边形网格模型融合方法，包括以下步骤1) 从已有模型上截取感兴趣的部件；2) 基于过渡基元的物体定位用户在已有多边形网格模型上截取感 兴趣部件，在过渡基元的辅助下将它们变换到用户满意的方位。所述的过 渡基元是一个大致表示中间过渡物体形状的简单几何体如球、圆柱、圆台 等，待融合物体围绕过渡基元放置；3) 基于草图的轮廓勾勒提供基于草图的接口以方便用户指定中间 过渡物体的轮廓形状，用户在屏幕空间用鼠标大致勾勒出过渡物体的轮 廓，系统自动确定出轮廓线的深度信息，并变换到世界坐标系，随后这些 轮廓被转化为位置约束和法向约束并添加到变分隐式曲面构造中；4) 基于变分隐式曲面的过渡物体描述采用变分隐式曲面定义中间 过渡物体，将待融合的部件连接在一起以处理各种拓朴情况下的融合问 题，在融合边界处引入位置约束和法向约束以实现边界的光滑过渡；5) 局部化移动立方体等值面抽取将指定空间剖分为立方体，并根 据定义的隐函数进行采样；根据立方体的采样信息以及待融合物体的信息 对立方体分类；在有效立方体上应用保拓朴的移动立方体算法抽取等值 面；采用最优桥接三角化实现过渡网格与待融合物体的无缝连接；对过渡 区域进行重新网格化改善网格质量。对于每个^寺融合物体，我们定义一个方向n = nAowW +wxnw , 式中 ntam/和n"分别表示边界和整个待融合物体的方向，分别通过对边界的所 有顶点和整个待融合物体的所有顶点进行主元分析得到。用户在过渡基元 上指定物体将要移到的位置G，由^可以确定一个目标方向i1,^,,接着 系统将自动计算得到一个刚性变换，物体通过变换后，C,变换到G位置， n变换到n,^,。采用变分隐式曲面定义中间过渡物体将待融合的部件连接在一起以 方便处理各种拓朴情况下的融合问题，在融合边界处引入位置约束和法向 约束以实现边界的光滑过渡。我们首先为所有边界点及边界的"-环点(记 这些点的集合为F"按列出方程，函数值取/>0,这样可^U呆证过渡曲面精确插值给定的边界。此外，为了保证过渡光滑，我们还必须引入法向约束，对于7*中的每个 点v,我们沿其法向n,偏移一定距离得到一个新点^ +zn,,将该点加入线性 系统中，赋予函数值/;-r。 r为一个很小的实数，我们取r-0.U^， Zmin为 所有边界上最短的边长。提供基于草图的接口以方便用户指定中间过渡物体的轮廓形状用 户在屏幕空间用鼠标大致勾勒出过渡物体的轮廓，系统自动找到两个离该 轮廓线端点最近的开口 j和B ,并在两个开口上分别确定离轮廓线端点最近的点p、 Q;然后引入两个平面投影平面Q和深度平面n:深度平面n经过点P、 Q和^L点，记其法向为n。，用于进一步调整轮廓线的深度变化。 投影平面Q经过点P、 Q,其法向为n。i^x帀，描述当前角度下轮廓线 的形状；接着，用户所绘轮廓线被投影到由深度平面上的贝赛儿曲线沿nn 扫略得到的曲面上。系统自动确定出轮廓线的深度信息，并变换到世界坐 标系；随后用户勾勒的过渡物体轮廓被转化为位置约束和法向约束并添加 到变分隐式曲面构造中，对于轮廓线上的点，它们的法向可以通过对确定 轮廓线的开口上的两个点P和Q的法向通过沿轮廓线进行弧长插值得到。 采用一个局部化移动立方体算法将变分隐式曲面转化为三角网格表示在算法上，要求只多边形化隐式曲面上感兴趣的部分，为此必须对剖分后的立方体进行归类，然后对每种立方体〗吏用不同的处理方法。由于只对VS-Cube进行多边形化，在给定模型和生成的网格间那些BS-Cube所 占据的区域会存在一个空白带，必须对这个条带进行三角化从而将所有网 格曲面连成一个整体。本专利技术针对现有的多边形网格模型融合方法存在的拓朴限制，以及边 界形状不能差异太大等缺点，采用了一种通过构造中间过渡物体来融合给 定的多个部件的技术方案，本专利技术算法明确，界面友好，结果鲁棒，该方 法可以用于游戏、影视中的角色设计。附图说明图1为本专利技术的技术方案流程图； 图2图1中基于过渡基元的物体定位处理过程图； 图3图1中基于草图的轮廓线勾勒的处理过程图； 图4图1中局部化移动立方体算法具体组成图；图5图1中立方体分类的组成图。具体实施方式一种适合于任意拓朴的多边形网格模型融合方法，用户从已有模型上 分割出感兴趣的部件，接着在过渡基元的辅助下将各个部件变换到合适的 方位，然后用户用鼠标在屏幕上勾勒出中间过渡物体的轮廓，随后算法生 成一个变分隐式曲面表示的、精确插值边界位置和法向约束、符合用户所 描绘轮廓的中间过渡物体，最后通过一个局部化移动立方体方法自动抽取 出过渡曲面上所需保留的部分并实现与待融合物体的无缝连接，具体流程 参见图1。本专利技术实施的关键有四点基于过渡基元的物体定位、基于变分隐式 曲面的过渡物体描述、基于草图的轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种任意拓扑的多边形网格模型融合方法，包括以下步骤：１）从已有模型上截取感兴趣的部件；２）在过渡基元的辅助下将部件放置在合适的位置；３）在屏幕上用鼠标绘制线条以指定连接已有模型的中间过渡物体的大致轮廓；算法自动构造出 深度平面和投影平面以确定轮廓线初始深度信息，用户分别在两个平面上对轮廓线进行再编辑直到满意；４）采用变分隐式曲面定义光滑插值边界并符合指定轮廓的过渡曲面；５）采用局部化的移动立方体算法，对过渡曲面进行多边形化并与已有模型进行 无缝连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林俊聪，金小刚，王昌凌，许健泉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]