T-样条曲面重建算法与应用

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随着三维激光扫描等先进采样设备的出现,获取具有丰富几何细节的三角网格表示的3D数字模型已很容易,现在,三角网格曲面到光滑曲面的重建成了许多应用领域中曲面重建的关键问题.本文以新近提出的T-样条曲面作为逼近工具,对三角网格曲面到参数曲面的重建进行了深入研究.主要研究结果如下:(1)着重介绍了几种最新提出的三角网格曲面参数化方法,对它们的特点和性质等作了详细的分析和比较.并综合LABF(Linear Angle Based Flattening)和CCP(Circle Patterns Parameterization)参数化方法的优点,通过改进约束方程组,提出了一种有效的混合线性角度约束参数化方法.(2)对简单三角网格曲面提出了一种自适应T-样条曲面重建算法.利用混合线性角度约束参数化方法将三角网格曲面同胚映射到参数化平面上,利用平面四叉树自动生成带T-交点的矩形网格,确定T-网拓扑结构,计算节点区间距,以T-样条曲面作为拟合和插值工具,运用加权最小二乘法解得T-网格控制顶点,从而为三角网格曲面重建了T-样条曲面.在误差较大的区域辅以T-样条的局部修正,使重建曲面可达到任意指定的逼近精度.(3)对复杂三角网格提出了一种网格四边化的T-样条曲面重建算法.提出与曲率线相切的四边形分块思想快速生成T-网格,应用T-样条容许T-交点的局部修改性质及其基函数的局部紧支撑性质,由局部最小二乘法重建了复杂三角网格曲面的T-样条曲面,克服了文献[13]重建过程全局修改的不足,并实现了大亏格曲面T-样条曲面的快速、准确、易操作的重建.(4)在Visual Studio平台下以C++语言为基础,编写算法程序和CAD软件插件,进行曲面的T-样条建模,分析,计算和绘制,成功地重建了人脸,动物等复杂曲面.实验结果表明,本文提出的算法正确、稳定、快速,重构应用范围广且重构精度高.
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