感兴趣区域的拉普拉斯网格形变算法

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三维网格形变技术是计算机图形学领域的研究热点,在制造业,娱乐业,游戏工业等领域有着广泛的应用。 随着三维扫描技术的日益成熟,人们可以方便地获取几何细节丰富的三维网格模型,在精确刻画模型局部几何特征的同时也为三维网格的形变处理提出了新的挑战。传统的自由形变和多分辨率算法在形变过程中难以高效地保持网格曲面的原始几何细节特征,而最新提出的基于局部表示的拉普拉斯差分坐标形变算法在细节特征的保留方面取得了新的突破,具有明显优势,但是拉普拉斯差分坐标在旋转和缩放变换是不具有不变性。 本文针对三维网格模型的感兴趣区域,以拉普拉斯差分坐标为基础,提出了感兴趣区域的拉普拉斯网格形变算法框架。实验结果表明,我们的算法形变自然,具有良好的视觉效果。本文的具体工作如下: 1.将对偶拉普拉斯差分坐标表示方法引入到感兴趣区域网格形变中,提出了感兴趣区域的对偶拉普拉斯网格形变算法。以对偶拉普拉斯差分坐标表示网格的局部参数信息和局部几何信息,结合位置约束,形变方程可归结为一个二次误差函数。最小化该误差函数得到一个超定的稀疏线性方程组,在最小二乘意义下迭代求解,重构形变后的网格。迭代过程采用预处理双共轭梯度算法(preconditioned biconjugate gradient method,PBCG)。该算法通过行索引稀疏存储模式(Row-indexed Sparse Storage Mode)压缩存储稀疏的系统矩阵,相对于传统的牛顿、高斯一赛德尔算法,具有更好的效果。在迭代中通过逐步更新对偶点的位置和对偶拉普拉斯坐标,进一步提高形变的运算效率,减小失真。 2.将加权的思想应用于拉普拉斯形变算法,给出了感兴趣区域的加权拉普拉斯形变算法。通过对拉普拉斯项、形变控制项和边界控制项设定不同的权值,实现三维模型感兴趣区域网格的不同形变效果,提高了网格形变算法在实际中的适用性。 3.给出了直观易用的交互界面。用户只需要直接的屏幕选点即可完成感兴趣区域的选择和边界区域的确定,避免了一般三维模型形变界面对非专业人士的复杂性。
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