點(diǎn)云模型表面重建及實(shí)時繪制方法研究.pdf

1、隨著信息獲取技術(shù)的不斷發(fā)展，在數(shù)字博物館、計算機(jī)輔助設(shè)計、虛擬戰(zhàn)場、虛擬手術(shù)、游戲等領(lǐng)域獲取大規(guī)模的高分辨率空間數(shù)據(jù)成為可能。但由于存儲和計算能力的限制，這些大規(guī)模高分辨率數(shù)據(jù)難以進(jìn)行處理。即使GPU的快速發(fā)展，在一定程度上解決了快速繪制的問題，但由于其內(nèi)存等因素的限制，對于幾個G、幾個T數(shù)據(jù)的大規(guī)模三維數(shù)據(jù)來說，也是望塵莫及。因此，如何快速建模和實(shí)時繪制大規(guī)模復(fù)雜模型，成為目前圖形學(xué)和虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題之一。 本

2、文針對大規(guī)模點(diǎn)云數(shù)據(jù)，研究高效的建模方法，并為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模場景的實(shí)時繪制，研究了基于簡化網(wǎng)格模型的優(yōu)化繪制方法，主要包括：大規(guī)模點(diǎn)云數(shù)據(jù)的表面重建流處理方法，網(wǎng)格模型的輪廓平滑方法和非真實(shí)感繪制技術(shù)。 歸納起來，本文的主要創(chuàng)新點(diǎn)與貢獻(xiàn)如下： 1.提出了一種基于流處理的大規(guī)模點(diǎn)云數(shù)據(jù)表面重建方法 為了克服內(nèi)存限制，對大規(guī)模點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行表面重建，本文基于輸入數(shù)據(jù)空間連貫性，提出一種流處理表面重建方法。本方法通過三次讀取

3、數(shù)據(jù)流，主要利用k-近鄰表面重建的局部特性，通過空間八叉樹進(jìn)行全局法向映射，確定物體表面法線方向，并以此為基礎(chǔ)，過濾掉不屬于當(dāng)前表面上的鄰近點(diǎn)，以更好逼近局部表面，并對不同層面上的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步表面構(gòu)建。該方法不需要對輸入數(shù)據(jù)做預(yù)處理；具有線性時間復(fù)雜度；可在保證重建質(zhì)量的同時，盡量減少內(nèi)存的使用；并可通過對幾個輸入?yún)?shù)的分析，預(yù)估測最大內(nèi)存需求量。 2.提出了一種基于網(wǎng)格模型的實(shí)時輪廓平滑和繪制方法 為了提高大規(guī)模場景交

4、互和顯示的實(shí)時性，往往需要使用簡化網(wǎng)格模型作為輸入，但是簡化模型繪制出的輪廓往往存在不平滑現(xiàn)象，影響視覺效果。為此，本文提出一種基于視點(diǎn)的輪廓平滑和實(shí)時繪制方法，可在保證速度的同時，滿足人的視覺對物體輪廓平滑度和連貫性的需求。該方法首先給出了網(wǎng)格模型的精確輪廓的定義，提出了輪廓三角形的概念。并以此為基礎(chǔ)，提出了網(wǎng)格模型上精確輪廓的簡單計算方法，可對物體輪廓和特征線進(jìn)行一致性處理，且做到繪制質(zhì)量與視點(diǎn)移動無關(guān)。并通過基于高斯球的輪廓三角形

5、的快速判斷、輪廓線的自適應(yīng)繪制和GPU并行計算，對算法進(jìn)行了加速，大大降低了平滑輪廓的計算復(fù)雜性，在提高繪制效果的同時，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時繪制。 3.提出了一種基于網(wǎng)格模型的實(shí)時非真實(shí)感繪制方法 在上面提出的輪廓平滑方法的基礎(chǔ)上，提出一種基于網(wǎng)格模型的實(shí)時非真實(shí)感繪制方法，通過多種風(fēng)格來凸顯物體特征，滿足不同展示需求。該方法主要通過隨機(jī)檢測輪廓三角形來快速生成連貫的平滑輪廓線，然后根據(jù)曲率變化將此平滑輪廓線分割成多條基礎(chǔ)筆畫，再

6、根據(jù)光照、視線方向以及曲率來調(diào)整這些基礎(chǔ)筆畫的寬度，最后使用不同的筆畫紋理應(yīng)用到這些具有一定寬度的筆畫上，生成具有不同風(fēng)格效果的輪廓線。同時，可通過使用GPU和二維卡通紋理生成高質(zhì)量內(nèi)部卡通光照效果。 上述研究工作可以廣泛應(yīng)用于大數(shù)據(jù)量對象的處理和大規(guī)模場景的顯示過程中，具有重要的理論意義和推廣應(yīng)用價值。在上述工作的基礎(chǔ)上，下一步擬主要結(jié)合紋理信息對基于網(wǎng)格模型的實(shí)時繪制方法進(jìn)行改進(jìn)，并進(jìn)一步擴(kuò)充特征線風(fēng)格化方法，進(jìn)一步提高模型