《位移細分曲面的建模和編輯方法》是依託浙江大學，由劉新國擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：位移細分曲面的建模和編輯方法
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：劉新國
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
複雜格線模型在三維圖形系統中套用越來越多，但有限的硬體處理能力迫切地要求能夠簡潔靈活地表達和有效地處理這些複雜模型。利用細分曲面（Subdibision Surface）作為基曲面和位移圖（Displacement Map）作為幾何細節是近年來採用的一種新的模型表達方式。目前學術界對此尚缺乏系統理論研究，尤其在控制格線和位移映射的生成、最佳化、精度控制、以及模型的編輯和處理方面，缺乏理論指導和有效的解決方法，存在人工干預多、成本大、效率低等缺點。本項目將針對這些問題，面向工業界套用，研究複雜的格線模型的有效表達和編輯方法，包括：位移細分曲面控制格線和位移圖的生成與最佳化方法、分割和融合方法、形變編輯方法。另外，還將研究如何充分利用GPU加速、研究複雜模型的真實感繪製問題。並且集成項目的研究成果，開發一套複雜模型的編輯和處理軟體原型系統。
結題摘要
複雜格線模型在三維圖形系統中套用越來越多，如何對具有複雜表面的幾何模型進行有效表示具有十分重要的意義。位移細分曲面是一種新型的幾何表示方法，表達能力強，支持多解析度繪製。本項目圍繞基於位移細分曲面表達和建模方法展開了一系列的研究，主要內容有：控制格線的生成方法，細分曲面的參數化方法，位移圖的信號處理方法，位移圖的採樣方法和最佳化方法，位移細分曲面的編輯方法，位移細分曲面的繪製方法，位移細分曲面的動畫方法，以及從點雲重建細分曲面的方法。到目前為止本項目開展的研究內容中獲得的高水平研究成果有三項：（1）最佳化控制格線的生成方法。控制格線是位移細分曲面表示的基礎，如何為給定的複雜模型設計最優的控制格線是最為關鍵的問題之一。為此，我們提出了一個各向異性的四邊形格線生成方法，其基本思想是在模型表面構造駐波函式，然後根據Morse理論，利用駐波函式對模型表面進行四邊形的劃分。在劃分同時對四邊形塊進行參數化，實現模型到控制格線的一一對應。為了提高質量，我們基於散度最小化原理，對四邊形的邊長進行最佳化，減少奇異頂點的數目。該研究工作發表在圖形學頂級國際學術會議ACM SIGGRAPH上。（2）分而治之的格線最佳化方法。傳統的基於最佳化的控制格線生成方法在處理大型的幾何模型的時候會碰到數值求解的效率和不穩定的問題。為此，我們提出了分而治之的最佳化格線生成方法，其基本思想是利用模型的形狀特點，將複雜的模型分解為一些可處理的子模型。分而治之算法的關鍵是能夠將自模型的計算結果無縫的拼接起來，形成對原始模型的控制格線。研究表明子模型之間無縫拼接的關鍵參數可以通過求解一個混合整數最佳化問題得到。該項研究成果在圖形學TOP期刊IEEE Transaction on Visualization and Computer Graphics上發表（2013年即將出版）。（3）實時的複雜模型重建方法。在研究細分曲面的重建問題過程中，我們提出了一個大規模場景的實時重建算法。它利用市面上廉價的深度感測器，從真實世界中獲取點雲數據；然後通過一個基於八叉樹的曲面表示和重建技術，對點雲數據進行定位和跟蹤；最後將獲取的點雲數據與先前重建的場景融合在一起。通過我們的八叉樹結構，不但提高了算法的效率，而且節省了90%的GPU記憶體。該項研究成果在2012年國際會議CVM 2012上發表，並獲得會議最佳論文獎。
