【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和硬件技術(shù)的高速發(fā)展,計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)作為一種新興的產(chǎn)業(yè)已經(jīng)滲透到了人們生活的各個(gè)角落,如商業(yè)廣告,電影特技、動(dòng)畫(huà)片、幾何造型、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。作為計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的主要手段,morphing屬于變形的一種,它是指從一個(gè)物體(初始物體)到另一個(gè)物體(目標(biāo)物體)的連續(xù)、光滑、自然的過(guò)渡。設(shè)計(jì)者們可以通過(guò)該技術(shù)產(chǎn)生新的中間物體“填滿”兩個(gè)給定的物體,并通過(guò)原有的幾何形狀融合出新的幾何形狀。隨著需求的增長(zhǎng)激發(fā)了大量的三維物體morphing的工作。這里的物體可以是數(shù)字圖象、多邊形、多面體、網(wǎng)格曲面、點(diǎn)云數(shù)據(jù)等。本文主要針對(duì)三維網(wǎng)格曲面morphing展開(kāi)相關(guān)研究。一般情況下,網(wǎng)格曲面的morphing過(guò)程可以分為兩個(gè)階段：1.網(wǎng)格配準(zhǔn)；2.形狀插值。 本文對(duì)微分坐標(biāo)的相關(guān)知識(shí)和三維網(wǎng)格morphing技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了深入的研究、分類和總結(jié)。針對(duì)三維網(wǎng)格morphing中存在的問(wèn)題并結(jié)合微分坐標(biāo)的性質(zhì),本文提出了一套基于微分坐標(biāo)系統(tǒng)三維網(wǎng)格的morphing算法。在網(wǎng)格配準(zhǔn)階段,我們首先對(duì)初始網(wǎng)格和目標(biāo)網(wǎng)格做帶約束的最小二乘網(wǎng)格,實(shí)質(zhì)上是在最小二乘意義下通過(guò)修改網(wǎng)格頂點(diǎn)的微分坐標(biāo)得出新的頂點(diǎn)位置,使其達(dá)到初始對(duì)齊；其次,最小化雙向最近點(diǎn)距離；最后我們構(gòu)造法向投影算子完成網(wǎng)格配準(zhǔn)。在形狀插值階段,直接插值配準(zhǔn)階段求得的始末網(wǎng)格微分坐標(biāo),并補(bǔ)充在差值過(guò)程中丟失的微分信息,進(jìn)而重建“關(guān)鍵幀”網(wǎng)格。 與傳統(tǒng)的辦法相比,配準(zhǔn)階段,該算法可以在任意虧格的同胚網(wǎng)格模型之間進(jìn)行,并且對(duì)輸入網(wǎng)格的點(diǎn)數(shù)沒(méi)有過(guò)多的要求,直接利用起始網(wǎng)格的鏈接關(guān)系重構(gòu)目標(biāo)網(wǎng)格。不需要借助共同參數(shù)域,也不用先將網(wǎng)格進(jìn)行分割再融合技術(shù),避免了由此帶來(lái)的很多問(wèn)題。擴(kuò)大了實(shí)用性,化簡(jiǎn)了算法的流程,提高了運(yùn)算速度。在形狀插值部分中,本文很好的利用在配準(zhǔn)過(guò)程中已經(jīng)計(jì)算好的微分坐標(biāo),有效的防止了形狀插值的體積收縮,并且的到了較好的視覺(jué)效果。此外,本文提出的morphing技術(shù)還具有用戶交互少的特點(diǎn),在用戶給定初始配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)集之后,算法可以自動(dòng)生成有效的morphing序列。
[Abstract]:With the rapid development of computer graphics and hardware technology, computer animation as a new industry has penetrated into every corner of people's lives, such as commercial advertising, film stunts, animation, geometric modeling, industrial design and other fields. Morphing, as the main means of computer animation, is a kind of deformation, which refers to the continuous, smooth and natural transition from one object (initial object) to another (target object). Through this technique, designers can produce a new intermediate object to "fill" two given objects, and fuse new geometric shapes through the original geometry. As demand grows, a large number of three-dimensional objects morphing work. The objects here can be digital images, polygons, polyhedrons, grid surfaces, point cloud data, etc. This paper mainly focuses on the research of three-dimensional mesh surface morphing. In general, the morphing process of a mesh surface can be divided into two stages: 1. Grid registration 2. Shape interpolation. In this paper, the related knowledge of differential coordinates and the development of 3D grid morphing technology are deeply studied, classified and summarized. Aiming at the existing problems in 3D grid morphing and combining the properties of differential coordinates, a set of morphing algorithm based on differential coordinate system is proposed in this paper. In the stage of grid registration, we first make the constrained least square grid for the initial mesh and the target grid. In essence, we can get the new vertex position by modifying the differential coordinates of the grid vertex in the sense of least square, so that the initial alignment can be achieved. Secondly, we minimize the distance of the nearest point in two directions, and finally we construct the normal projection operator to complete the mesh registration. In the shape interpolation stage, the grid differential coordinates obtained in the registration stage are directly interpolated, and the differential information lost in the process of the difference is added to reconstruct the "key frame" grid. Compared with the traditional method, the algorithm can be implemented between the homomorphic meshes with arbitrary genus in registration stage, and the number of input meshes is not required, so the target grid can be reconstructed directly by using the link relation of the initial grid. There is no need for common parameter domain, and no mesh segmentation and fusion technology, which avoids many problems. Expanded the practicability, simplified the algorithm flow, improved the operation speed. In the part of shape interpolation, this paper makes good use of the differential coordinates that have been calculated in the registration process, effectively prevents the volume shrinkage of shape interpolation, and achieves a better visual effect. In addition, the proposed morphing technique also has the characteristics of less user interaction. After the user has given the initial matching point pair, the algorithm can automatically generate effective morphing sequences.
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TP391.41

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本文編號(hào)：2186673