使用光谱分析的伸展驱动的网格参数化制造技术

一种执行伸展驱动网格参数化的方法。该执行伸展驱动网格参数化的方法包括，计算一光谱分析以参数化一网格，以及对伸展优化计算进行迭代以进一步优化初始的参数化。

【技术实现步骤摘要】
使用光谱分析的伸展驱动的网格参数化本申请是申请日为2005年6月8日、申请号为200510103825. 7、专利技术名称为“使 用光谱分析的伸展驱动的网格参数化”的中国专利申请的分案申请。交叉引用的相关申请本申请要求2004年6月8日提交的美国临时专利申请No. 60/577，775的优先权， 该美国申请公开的内容在此引入作为参考。
技术介绍
本申请涉及计算机图形的产生。特别地涉及用二维逼真地表示三维物体。用来将纹理映射到三维表面的计算机图形技术已经产生并已经用软件和硬件实 现。这些传统的实现通常将由网格结构确定的矩形纹理采样映射到被呈现的表面。该纹理 采样或映射会产生某些限定，这些限定反映在来自这些映射的被呈现的图像的品质中。概述以下内容提供了本公开内容的简要概述，以便使读者有一个基本的了解。该概述 不是该公开内容的扩展的总的看法，它不确定本专利技术的关键/紧要的元件，也不描述本发 明的范围。它的唯一目的是用简要的形式提供在此公开的一些概念，作为稍后更详细描述 的前奏。本例提供了一种用二维表示三维物体的方法。典型地一个或多个网格被布置在一 个物体上以映射它的轮廓。该物体的表面可以分解成多个子表面(每一个都有它们自己的 网格)，子表面可以被选择以减少由于表面高度变化引起的伸展失真。本例提供了一个完全自动的方法，称为均勻图表(iso-charts)，能够在任意网格 上创建纹理图谱集。它认为伸展不仅发生在参数化图表(例如测量失真)时，而且也发生 在形成图表时。一个输出图谱可以由用户指定常数限制该伸展，允许用户对照它们的伸展 平衡图表的数量。通过参考以下结合附图的详细描述，本专利技术的许多附属特征将更加易于评价也更好理解。附图描述本专利或申请文件包括至少一张彩绘的图。带有彩图的本专利或专利申请公开的 拷贝由被请求的机构提供并要支付必需的费用。根据附图阅读以下的详细描述，本专利技术的 这些或其它特征和优点将会被更好地理解，其中附图说明图1是显示使用光谱分析的伸展驱动的网格参数化的框图。图2显示一个小兔子模型的图表化和参数化结果。图3显示寻找图形分割问题的优化分割边界。图4显示不同的图形分割能力的比较。图5显示以分成五个图表的具有光谱聚类的小兔子耳朵形状为例的管状形状的 分割。图6显示了一个示例性的计算环境600，在其中本申请中描述的系统和方法可以被实现。在附图中同一标记被用来标识同一部件。详细描述以下结合附图提供的详细描述是为了描述本专利技术的例子而不是为了表示本专利技术 可以被构建或使用的唯一形式。结合所说明的例子，该描述阐明了本专利技术的功能以及构建 和操作本专利技术的步骤顺序。本领域技术人员可以理解所说明的行为或步骤的顺序是示例性 的，该次序可以改变以完成同一结果。而且，相同或相等的功能和顺序可以通过本专利技术的不 同的例子来完成。虽然在此描述和说明的例子是用二维计算机图形系统实现的，但所描述的系统是 作为例子而不是限制。本领域技术人员将会理解，本专利技术适合应用于各种不同类型的图像 产生系统中，包括由计算机制图或类似的东西产生的三维模型。介绍所提供的例子包括一种使用多个图表来参数化任意网格(网格参数化)的方法。 分解成图表且参数化每个图表可以在一个顶点和参数化伸展之间的测量距离的矩阵上自 动且基于光谱分析的概念进行。网格参数化可以被用于三维图形的再现。许多信号包括法线、颜色或阴影参数可 以被用于呈现三维图形，且能够与三维表面相联系以努力产生出更逼真的图像。特别地， “纹理映射”可以被用来描述一个表面的纹理，这样更逼真的图像被再现。以下描述的例子提供了一种产生有助于使用最小纹理采样提供保真度的纹理映 射的自动方法。被提供的例子也可以被应用于纹理合成、几何形状压缩、再网格化和许多其 它的几何处理。根据映射区域如何被选择，这类细目分类可以倾向于最小化伸展。因此，在模型化 一个用于计算机图形再现的图像中，任意网格在纹理图像上的单一展开可能在再现的图像 里产生高失真的区域。因此，通常一个网格被分割成一组图表。该组图表构成了纹理图谱。 每个图表由纹理域的一个区域分配了一组参数，这些参数共同形成了一个图谱。一种被称为均勻图表的全自动方法可以在任意网格上创建纹理图谱集。它认为伸 展不仅发生在参数化图表(例如测量失真)时，而且也发生在形成图表时。一个输出图谱 可以由用户指定常数限制该伸展，允许用户对照它们的伸展平衡图表的数量。使用光谱分析的伸展驱动的网格参数化方法组合了两种技术1)根据局部公制 张量的轨迹的球面积分，伸展最小化的参数化，和2)根据在成对的网格顶点之间的测量距 离的平方矩阵的特征分析，“均勻映射”或MDS(多维比例)参数化。典型地，只有几个非线 性伸展优化的迭代需要被应用于MDS参数化以得到低伸展的图谱集。在这两个参数化之间 发现的紧密关系允许根据MDS应用光谱聚类来将网格分割成具有低伸展的图表。一种图形 分割算法被应用于优化图表边界且进一步最小化伸展，遵循清晰特征，并避免弯曲。使用光谱分析的伸展驱动的网格参数化方法有助于快速地创建纹理图谱集，其具 有更少的图表和更低的伸展，这在象几何形状再网格化之类的应用中是有用的。另一个例 子描述了一种扩展的专用信号图谱的创建，这有助于提升表面信号的有效采样，并有助于 通过在图表构成中考虑信号伸展而产生更好的纹理映射。参数化可以被用在许多几何形状处理算法中，比如纹理映射、形状形成、编辑、再网格化和压缩。为了参数化任意网格，一个纹理图谱可以被创建。将被建模的目标表面典 型地被首先分割成一组图表，称为图表化，该组图表被参数化且被聚集到一个纹理域中。特别地，当一个网格被应用于一个表面以尝试产生一个更逼真的图像时，创建一 个纹理图谱可以包括考虑多大距离被收缩或“伸展”。从纹理图谱重新创建的最终图象中的失真可以用各种方法进行纠正或最小化。一 种方法涉及对纹理图谱中的图表的正确选择。在另一种方法中，图谱中图表的数量可以被 改变。因此，目标表面被分割成图表的方法会对以二维呈现的三维对象的外观产生影响。因为三维表面与二维平面不是等大的，所以参数化会引起失真。失真能够用多种 方法测量，包括多大的角度或面积被保留，或在该表面上多大的参数距离被伸展或收缩。利 用光谱分析的伸展驱动的网格参数化集中于距离失真，特别是几何形状伸展的定义，该光 谱分析在表面上测量局部距离的平均或最坏情况下的伸展。典型地，最小化伸展应用非线性优化。伸展最小化趋向于变慢，并且当形成图表有 利于基于图表的紧密性和平面性对直通过明显的特征或簇的不相干启发式算法时，它趋向 于忽视伸展。后者是正确的，因为如果对一个图表计算伸展最小化嵌入是成本昂贵的，那么 对于所有可能的图表分区，计算它是完全不切实际的。在一个对此进行改进的尝试中，一种被称为均勻映射的非线性维度减少的形式被 应用。均勻映射有助于减少网格上的顶点对之间的测量距离失真。这一应用的关键是测量 距离失真是与伸展密切相关的这一观察结果，虽然它们被定义得完全不同。因此均勻映射 有助于在图谱的生成中提供两个特征。它提供了一个有效方法，称为光谱分析，以将模型分 解成大的、在几何上富有意义的部分，象动物的附属肢体一样，这些部分能够以小的伸展而 被参数化。不需要特别的计算，它也对每一部分提供了一个初始参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种执行图表化光谱分析的方法，包括：对由表面光谱分析导出的多个特征值λ↓［ｉ］和相应的多个特征向量排序，以使（λ↓［１］≥λ↓［２］≥…≥λ↓［Ｎ］）；选择一组前ｎ个特征值和一组特征向量，以使λ↓［ｎ］／λ↓［ｎ＋１］的量被最大化；对多个网格的每个顶点ｉ，计算一组ｎ维嵌入坐标；对ｎ个嵌入坐标中的每一个，找出具有最大坐标值的第一顶点和具有最小坐标值的第二顶点，并设置具有最大坐标值的第一顶点和具有最小坐标值的第二顶点作为第一组多个２ｎ代表点；删除冗余的多个代表点中的每一个，以产生出第二组ｍ个代表点，其中ｍ≤２ｎ；和使用以表面光谱分析计算的测量距离围绕该代表点的同时生成图表，以将网格分割成ｍ部分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B郭，HY舒，JM斯奈德，K周，
申请(专利权)人：微软公司，
类型：发明
国别省市：US