[发明专利]基于弧线骨骼的网格序列的拓扑修补方法

摘要

本发明公开了一种基于弧线骨骼的网格序列拓扑修补的方法。本方法包括网格序列转化为扩展隐式八叉树，从扩展隐式八叉树中抽取表示拓扑的弧线骨骼，基于原型的弧线骨骼匹配，弧线骨骼比较并修补扩展隐式八叉树，从扩展隐式八叉树中抽取修补后网格序列五个步骤。在本方法中，用图来表示弧线骨骼，并用图论中的图匹配方法加上网格序列的运动空间连续性来匹配弧线骨骼。之后通过比较匹配前后弧线骨骼的差异性来得到网格拓扑的差异性，进而修补网格的拓扑。本发明采用匹配的方式，大大减少了人工的交互量。本发明还利用运动的空间连续性以及合理选择待匹配节点加速了匹配的过程。

主权项

一种基于弧线骨骼的网格序列的拓扑修补方法，其特征在于包括如下步骤：1)将网格序列中的每个网格转化为隐式八叉树，再转化为扩展隐式八叉树，扩展隐式八叉树中的元素包括含有带符号的顶点、边、面和体，符号表示顶点、边、面和体在隐含曲面的内部时，当且仅当每个元素包含的所有顶点都在隐含曲面内部；2)预计算扩展隐式八叉树的距离场，并通过距离场计算出扩展隐式八叉树的中轴，且对中轴进行滤波操作，通过两个收缩来抽取弧线骨骼：在第一个收缩时把扩展隐式八叉树收缩到扩展隐式八叉树的中轴；在第二个收缩时根据距离场进一步把扩展隐式八叉树的中轴收缩到原始弧线骨骼；收缩时记录了每一步收缩的过程；3)用户通过编辑指定一个原型弧线骨骼，在匹配时把弧线骨骼看成是包含节点和边的图结构并运用图匹配算法，在满足拓扑约束和几何约束的情况下，从原型弧线骨骼扩散得到所有原始弧线骨骼的匹配后弧线骨骼，拓扑约束是指匹配后弧线骨骼与原型弧线骨骼中的节点和边具有一一对应关系，几何约束是指在所有满足拓扑约束的可能匹配方案中，匹配后弧线骨骼与原型弧线骨骼的对应节点和边的距离和最小，在匹配时，同时运用网格序列运动的时间连续性和合理选择下一个原型弧线骨骼中的待匹配节点来加速匹配的过程，在匹配成功后执行一个松弛的过程来使得匹配后弧线骨骼与原型弧线骨骼更加满足几何约束，在松弛中每次去掉一个匹配对看是否能够找到一个新对在满足拓扑约束的情况下能够使得总的几何约束能量更小，直到所有已匹配对都不能被替换；4)比较原始弧线骨骼和匹配后弧线骨骼中多存在的环，并根据这些环加上收缩记录设置扩展隐式八叉树元素的元素符号值，使得新的修补后扩展隐式八叉树具有与匹配后弧线骨骼一致的拓扑；5)利用“Dual Contouring”等值面抽取算法，从每个修补后扩展隐式八叉树中抽取网格，得到拓扑一致的网格序列。