纹理保持的模型尺寸调整与变形算法

摘要

随着三维扫描获取技术的发展，数字几何媒体已经在工业制造、生物医药、数字娱乐、数字文化遗产保护等方面取得了广泛的应用，数字几何处理技术，特别是基于网格(Mesh)模型的数字几何处理技术得到了相应的发展。为了避免创建新模型的繁琐的工作，许多人开始考虑重用已有的模型组件或者设计来创建新的模型。为了在新的场景和环境中重用已有模型，通常需要对模型进行一些改造。其中一种主要的改造方式是对物体进行尺寸调整操作：例如，使物体模型没正交的方向或维度进行尺寸的拉伸或者收缩。
　　 通过对模型运行全局统一的放缩操作通常会使模型的某些部分或者某些特征发生改变或扭曲，例如，如果对一个圆形的结构沿某一特定方向进行拉伸，圆形就无法保持了。为了解决这个问题，Kraevoy et al.[1]将图像处理中的尺寸调整算法推广到了三维几何处理领域，提出了一种非均匀的模型尺寸调整方法。他们的方法对网格中每一个三角面片的可放缩程度进行估算，该放缩程度表征了该三角面片对放缩操作的敏感度。依照不同的可放缩敏感度，不同的三角面片被不同程度的放缩，最终通过改变几何细节部分在尺寸改变后的模型中的相对比例，来保持模型重要的几何细节特征。然而，许多实际的物体的模型通常含有各种各样的复杂的几何纹理。对于这些模型，单纯应用现有的非均匀模型尺寸调整方法无法生成理想的尺寸调整之后的结果模型，因为包含纹理的模型即使其基本表面相对比较简单，由于几何纹理区域的存在，各三角面片可放缩敏感度的计算会被极大地影响，因而导致最后的结果模型的几何细节或纹理发生扭曲改变。
　　 基于现有的模型尺寸调整算法，在本文中，我们首先提出了一种基于几何纹理迁移的保持几何纹理的非均匀模型尺寸调整方法。对于一个输入模型，我们的方法首先将模型的几何纹理提取出来，分别得到单独的几何纹理信息和不包含几何纹理的基网格模型。然后，我们对基网格模型进行保持几何细节的非均匀模型尺寸调整。最后，几何纹理信息通过纹理合成的方式，在经过非均匀放缩的基网格模型表面上进行重建。利用模型表面尺寸调整前后的自然相关性，带有多种几何纹理的网格模型可以被自动的进行尺寸调整和几何纹理恢复。通过这几个步骤，我们可以得到一个不但保持模型的重要的几何细节特征，而且保持模型的几何纹理的外观的尺寸调整后的结果模型。
　　 最后，我们将上述的保持几何纹理的算法推广到了一般意义上的变形操作，包括旋转变形、扭转变形等等，提出了保持几何纹理的模型变形算法。与保持纹理的尺寸调整算法类似，变形算法包括几何纹理提取、基网格模型变形和几何纹理重建几个步骤。
　　 实验结果证明，本文中的方法在模型尺寸调整和变形的过程中，能够自动的、有效的保持模型的几何纹理和几何细节。