多面体线框模型的对称性检测方法的研究

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三维实体模型能够精确描述三维物体的形状,被广泛应用于生物、物理、医学和航空航天等领域。通过对三维线框模型进行对称性检测,对由线框模型重构实体模型有较为重要的意义。快速精确的寻找到潜在对称面是多面体对称性检测的核心所在。本文主要通过研究多面体三维线框模型的几何性质,研究提出了基于线框模型潜在面的对称性检测和基于线框模型顶点的对称性检测算法。指出了了对称性检测和由线框模型重构实体模型的意义,分别简述了了二维与三维对称性检测的国内外研究现状;介绍了一些对称性检测算法,并重点讨论了当前比较主流的算法,对它们的性能进行了简单的分析和比较。根据对当前一些算法的分析,归纳了多边形与多面体性对称性检测算法的一般步骤,分析了各步骤中利用的多边形对称轴和多面体对称面几何性质并指出了其在对称性检测中的不同作用,指出了在对称性检测中快速寻找和利用多边形和边形对称轴和多面体对称面几何性质的途径,从而有利于提高多边形对称轴和多面体对称面检测算法的准确性和效率。研究了多边形对称轴和斜对称轴的性质。基于多边形顶点数量和顺序,提出了一个多边形对称性检测的新算法。首先确定多边形顶点数量的奇偶性和质心,将多边形顶点按顺时针方向进行标记;然后,根据顶点个数的奇偶性和质心找出多边形的候选对称轴;最后检测所有顶点是否关于候选对称轴对称。该方法还可以推广到多边形斜对称性的检测。由于利用了多边形顶点数量和顺序这一简单性质,该方法具较高的效率,通过实验证明了其可行性和准确性。通过对三维线框模型对称面的性质的研究,提出了结合网络分析方法对多面体线框模型潜在表面回路进行正对称和斜对称检测的算法。首先求出多面体线框模型潜在表面回路;然后求出各潜在表面的正对称轴,并基于潜在表面的对称轴和边组成闭合环来寻找潜在对称面;最后通过检测三维线框模型所有顶点是否关于对称面对称,确定真实对称面。在检测过程中利用网络分析和对称面过质心的性质提高了寻找对称面的效率。实验结果表明该方法具有较高的效率和准确性。通过对现有等距离点对寻找对称面算法的研究指出了该算法的局限性:该算法的局限性在于不适用于10个顶点以下的线框模型.。对该算法的原理和步骤进行了一定的改进。首先计算线框模型的质心并根据线框模型的顶点数量进行分类;对于10个顶点以下的线框模型求出其任意顶点的对称面作为潜在对称面,对于10个顶点及以上的线框模型先将四个表面顶点共面所在的面作为潜在面,再求出三个等距离顶点对的对称面作为潜在对称面;最后检测三维线框模型所有对应位置的顶点是否关于潜在对称面对称。在实验中分别针对不同类型的线框模型进行了验证,证明了算法的准确性和可行性。
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