[发明专利]基于大尺度网格模型表示的实时稀疏编辑方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于大尺度网格模型的实时稀疏编辑方法，包括：构建由相同网格拓扑的模型组成的模型库；提取该模型的原始特征向量，将该原始特征向量转化为可以编码模型大尺度形变的第一特征向量，并形成该模型库的第一特征向量集合；对该第一特征向量集合进行全局稀疏优化，提取第二特征向量集合；确定目标模型上的控制顶点位置；以该目标模型的特征向量为该第二特征向量集合的一个线性组合向量，对该线性组合向量进行稀疏优化，得到编辑特征向量；根据该控制顶点位置和该编辑特征向量，得到该目标模型的形变模型。本发明的方法可以借助模型库的先验信息，通过稀疏混合的方法自动选择较少数量的变形特征，实时生成更加真实自然可靠的编辑结果。

技术领域

本发明涉及数字媒体技术领域和计算机图形学领域，特别涉及一种基于大尺度网格模型的实时稀疏编辑方法。

背景技术

模型编辑技术可以根据用户的编辑来建模生成满足编辑条件的三维模型，模型变形技术的关键是在减少用户工作量的基础上生成自然合理的三维模型。基于实例的网格变形方法是实现模型编辑的强大工具。然而，现有技术通常组合所有实例变形模式，这可能导致过度拟合，即使用过于复杂的模型来解释用户指定的变形。这将导致不可能或不稳定的变形结果，包括感兴趣区域之外的一些全局变化。

传统的方法中很多工作没有借助模型库的先验信息而是直接对三维模型进行编辑。这一类工作中，最典型的是Olga Sorkine等人在2004年的工作“Laplacian surfaceediting”，该工作目的是维持用户操纵的变形前后的模型的拉普拉斯坐标不变，该工作需要用户同时指定控制顶点的位置与旋转，这增加的用户的工作量，并且控制朝向是较为困难的，不一致的旋转和位置将会产生很差的变形效果。为了解决这一问题，Olga Sorkine等人在2008年的工作“As-rigid-as possible surface modeling”与Robert Summer等人在2009年的工作“Embedded deformation for shape manipulation”中通过同时优化网格上每个顶点的位置与旋转来避免用户在编辑的时候给定额外的朝向。但是这两个经典的工作都没有利用模型库来挖掘模型的内在变形规律，因此会产生一些不好的结果，为了生成合理的变形效果，尤其是对于复杂的模型和大尺度的形变，都需要用户进行大量的交互与编辑。

为了解决传统基于几何变形方法的局限性，基于数据库的方法可以从数据库中学习相关的变形特征，产生更逼真的变形效果。Robert Summer等人在2005年的工作”MeshBased Inverse Kinematics”(MeshIK)，通过对模型库进行分析并将模型的变形梯度作为特征，并通过优化组合这些特征来生成满足用户编辑的三维模型，该方法由于是用变形梯度来表示模型，所以能够处理一些小尺度的旋转，但是对大尺度的形变无能为力。StefanFrohlich等人在2011年的工作“Example-Driven Deformations Based on DiscreteShells”使用边长二面角作为模型的表示方法，该表示是旋转不变的，进而通过组合这些特征来生成符合用户编辑的三维模型，但是该方法由于边长的非负性，不能很好的处理向外插值，无法生成大尺度的形变。

为了可以处理大尺度的形变，并充分利用数据库，Lin Gao等人开发了“RIMD：Efficient and Flexible Deformation Representation for Data-Driven SurfaceModeling”，该方法基于相邻顶点之间的旋转差异以及每个顶点处的缩放来表示模型，由于相邻的顶点的旋转差异可以抵消全局的旋转，因此该表示是旋转不变的。该方法可以处理外插和内插，可以产生良好的变形结果。然而这些方法都是基于所有的示例中提取的所有的变形特征的全局混合，因此他们倾向于过度拟合并产生一些不必要的变形。例如在局部微调的时候，远离这些区域的部分会发生不必要的形变。并且Lin Gao等人所提出的旋转不变的模型表示求导没有闭式解，只能通过差分的方法来数值求导，这使得优化变形能量非常复杂。