面向细分造型的多边形建模系统关键技术研究

摘要

多边形网格造型技术具有自由、稳定、快速等特点，是多数CAD系统的重要组成部分。细分造型技术是网格曲面处理的一种重要手段，为网格曲面的设计和操作提供了强有力的工具。本文基于OpenGL显示核心，以细分造型技术的应用为目的，研究了多边形建模系统开发的关键技术，主要内容包括： (1)面向网格处理的数据结构：定义了用于三维显示及几何变换的基本数据结构，并结合翼边结构与星形结构，研究了网格数据存取的数据结构。 (2)三维观察及交互编辑平台：应用OpenGL显示核心及其图形变换方法，实现了基于OpenGL选择模式的图元智能拾取方法，并给出了应用于交互操作的鼠标跟踪技术实现方法。 (3)网格交互编辑与细分技术：研究了网格交互编辑的关键技术，给出了网格几何形状编辑与网格拓扑编辑的解决方案。并以Catmull-Clark细分方法为代表，讨论了细分技术对网格的基本要求，并研究了相关网格处理技术。建立了网格的二维流形检测机制，实现了三角形网格向四边形网格转化的算法，达到了减少细分曲面奇异点的目的。 (4)基于Catmull-Clark细分法的插值曲面构造：利用Catmull-Clark细分方法，结合模板平移技术与能量优化的理论，给出了对任意拓扑网格构造插值曲面的算法。