[发明专利]一种基于顶点特征的双法向网格模型光顺方法

说明书

本发明公开了一种基于顶点特征的双法向网格模型光顺方法，主要步骤为：1)将网格模型中所有顶点划分为特征点和非特征点。2)利用引导滤波构建面法向场。3)利用对每个面相对的面的法向进行滤波，获得精确的面法向场。4)分别计算三角网格模型中的特征点和非特征点的顶点法向，从而构建顶点的法向场。5)根据面法向对非特征顶点位置进行更新；根据面法向和顶点法向对特征顶点位置进行迭代更新。6)对网格模型进行光顺。本发明在对网格模型去除噪声的同时，能更好的保留网格模型的细节特征，且光顺后网格模型的误差较小，能更精确的逼近实际模型。

技术领域

本发明涉及数据获取和重建领域，具体是一种基于顶点特征的双法向网格模型光顺方法。

背景技术

因工业CT数据在数据获取、存储以及传输过程中受到仪器设备、射线源噪声、重建算法以及人为等因素的影响，使得基于工业CT数据重建三角网格模型中不可避免的含有一些噪声信息。这些噪声的存在不仅降低了网格模型的可视化效果，而且给后续处理工作带来麻烦。尽管有不少方法已经获得了较为满意的光顺结果，但对非均匀采样、多尺度的三角网格模型光顺的同时，能有效保留网格模型的几何、细节特征仍是一个挑战性课题。

现有的网格光顺方法主要分为各向同性的光顺和各向异性的光顺。早期光顺的方法基本都是各向同性的，拉普拉斯法因运算速度快、实现简单、应用广泛成为这类方法的代表，并一直受研究人员的青睐：有学者提出了一种两步拉普拉斯算子对光顺后网格模型进行扩充；有学者采用几何流模拟法将这种方法扩展并将其应用到非均匀网格的光顺；有学者将几何流模拟进一步扩展，将其应用在各向异性的特征保留方面；有学者将上述几种方法设计一个带有增强和衰减选项的低通/高通滤波器框架用于对网格模型光顺。这些各向同性的方法能够获得稳定的光顺结果，然而，由于各向同性滤波的固有特性，不可避免会将网格模型中的部分高频特征滤除。

相比于各向同性的网格光顺方法，各向异性的方法在光顺网格模型的同时可更好的保留网格的几何、细节特征。有学者首先将图像处理领域的双边滤波算法扩展，采用一种快速的单步迭代方案将其用于网格模型的光顺，但该方法不能总准确的保留网格的细节特征。有学者采用两步骤的非迭代方案，将法向光顺和顶点更新考虑成一个全局优化问题，一定程度上提高了特征的保留情况，但算法速度较慢。有学者将双边滤波用于对面片法向滤波，再根据面片法向对顶点位置调整。有学者将双边滤波用于对面法向处理，并结合Meanshift方法实现了一个网格模型的光顺框架，一定程度上提高了双边滤波算法的速度和光顺的准确性，但该框架并不是适用于所有的网格模型。

近年来，一些研究人员通过先计算三角形面片的法向场；再根据计算的面法向场更新顶点实现网格光顺。这种两阶段的光顺方法在处理含有一定噪声的网格模型上，能更好保留网格的几何、细节特征，但无法消除不同几何结构的相互影响，导致特征模糊，尤其是浅层特征的处理。另外，这类方法处理的基础是三角形的面法向比顶点法向可更好的描述网格模型的曲面变化，但在特征区域，顶点法向可更好的描述网格模型的局部细节特征。所以，在对非均匀、多尺度网格模型光顺时，仅根据面法向的几何信息指引顶点位置更新，将导致网格的细节特征模糊、形状扭曲或顶点偏移等不足。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于顶点特征的双法向网格模型光顺方法，主要包括以下步骤：

1)利用张量投票理论，将网格模型中所有顶点划分为特征点和非特征点。

进一步，将三角网格模型中所有三角面片的顶点划分为特征点和非特征点的主要步骤如下：

1.1)计算三角网格模型中所有三角面片顶点的法向张量。

三角网格模型的第j个三角面片f_j顶点v_i的张量为邻域三角形法向协方差矩阵的权重和。

顶点v_i的法向张量如下所示：