[发明专利]基于二次曲面拟合的模型的交互式分割方法、系统、装置

说明书

本发明属于数字几何处理、计算机图形处理技术领域，具体涉及一种基于二次曲面拟合的模型的交互式分割方法、系统、装置，旨在为了解决部件特征不明显的对象的三维网格模型分割精度较差的问题。本发明方法本包括：获取三角网格，对三角网格进行细分和初始化操作，得到连通且不重叠的聚类；再对网格模型进行二次曲面拟合和分割；然后使用交互式分割方法，对自动拟合后的聚类进行交互式合并与交互式切分操作，从而得到更精准的分割结果。本发明解决了部件特征不明显的对象的三维网格模型分割精度较差的问题，提高收敛速度与拟合误差率，从而提高了三维网格模型分割精度、分割效率、分割质量，以及鲁棒性。

技术领域

本发明属于数字几何处理、计算机图形处理技术领域，具体涉及一种基于二次曲面拟合的模型的交互式分割方法、系统、装置。

背景技术

三维网格模型分割，是将多边形网格模型依据一定的分割准则(几何位置、拓扑结构等特征)，分解为一组数目有限、各自具有简单形状意义、且各自连通的子网格片的操作。在计算机辅助设计(Computer-aided design，CAD)领域，由CAD软件导出的离散网格模型或者由逆向工程扫描重建得到的网格模型，往往丢失了原始模型中的高层语义信息，如各曲面的几何类型信息，以及曲面之间的对称、平行等几何约束关系等。因此，为了对获取的离散模型进行后续分析处理，关键的一步就是网格模型分割。在过去的几十年中，针对机械零件模型的网格分割已经获得了很多关注。目前，比较经典的分割算法都是基于层次聚类或基于边界特征识别的技术。

针对研究目的和使用的领域不同，研究者们已经提出了大量的网格模型分割算法。与本专利相关的网格分割算法分为面向机械模型的网格分割和交互式网格分割。面向机械模型的网格包含贪心方法与变分方法。其中贪心方法主要包括区域增长、层次聚类和层次分解。在区域增长方法中，通常先选择一组三角面片作为种子区域，然后遍历这些种子使其生长，直至网格的所有面片被分配到一个区域。该方法通常使用局部特征如法向量和主曲率来指导生长过程。层次聚类方法一般采用自下而上的策略，首先将网格的每个面片视为一个单独区域，然后根据某种度量，将这些类合并为较大的类，直到所有的对象都在一个类中，或是满足某个终止条件为止。最后，层次分解方法与层次聚类相反，网格表面以自上而下的方式分割成有意义的组件。但是，上述贪心方法的主要特点是只考虑当前的状态是否为最佳状态，而不考虑整体最优，即三角面片被分配给一个区域，且在后面的过程不会被改变。Cohen-Steiner等人Cohen-Steiner[2004](David C S,Alliez P,and DesbrunM.Variational shape approximation[J].ACM Transactions on Graphics,2004,23(3):905–914)首先提出了变分形状近似(Variational shape approximation，VSA)框架，将三维网格划分成一个最小的平面代理集合，同时通过迭代优化的方式来最小化拟合误差。在他们的方法中，虽然自动分割算法能够满足很多场合的应用需求，但目前基于语义的分割对自动算法来说依然是一个难题。为了得到更有意义的分割结果，近年来基于交互操作的半自动分割算法备受重视。根据相关文献的划分方法，基于手工交互的分割算法大体分为以下5类：

(1)基于区域增长的交互分割。Ji等人(Zhongping Ji,Ligang Liu,ZhongguiChen,and Guojin Wang.Easy mesh cutting[J].In Computer Graphics Forum,2006,volume 25,pages 283–291.Wiley Online Library.)提出EMC(Easy Mesh Cutting)算法利用改进的isophotic度量来计算网格顶点之间的特征距离，并使用区域增长法进行网格的分割，在此过程中设计了一个基于前景和背景勾画的用户界面用于辅助网格分割。

(2)基于Random walks的交互分割。该算法也提供了用户交互界面，用于指定前景和背景信息来指导分割过程。