點云模型表面重建及實時繪制方法研究.pdf

1、隨著信息獲取技術的不斷發(fā)展，在數(shù)字博物館、計算機輔助設計、虛擬戰(zhàn)場、虛擬手術、游戲等領域獲取大規(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，如何快速建模和實時繪制大規(guī)模復雜模型，成為目前圖形學和虛擬現(xiàn)實領域研究的難點和熱點問題之一。 本

2、文針對大規(guī)模點云數(shù)據(jù)，研究高效的建模方法，并為實現(xiàn)大規(guī)模場景的實時繪制，研究了基于簡化網格模型的優(yōu)化繪制方法，主要包括：大規(guī)模點云數(shù)據(jù)的表面重建流處理方法，網格模型的輪廓平滑方法和非真實感繪制技術。 歸納起來，本文的主要創(chuàng)新點與貢獻如下： 1.提出了一種基于流處理的大規(guī)模點云數(shù)據(jù)表面重建方法 為了克服內存限制，對大規(guī)模點云數(shù)據(jù)進行表面重建，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，通過空間八叉樹進行全局法向映射，確定物體表面法線方向，并以此為基礎，過濾掉不屬于當前表面上的鄰近點，以更好逼近局部表面，并對不同層面上的數(shù)據(jù)進行同步表面構建。該方法不需要對輸入數(shù)據(jù)做預處理；具有線性時間復雜度；可在保證重建質量的同時，盡量減少內存的使用；并可通過對幾個輸入參數(shù)的分析，預估測最大內存需求量。 2.提出了一種基于網格模型的實時輪廓平滑和繪制方法 為了提高大規(guī)模場景交

4、互和顯示的實時性，往往需要使用簡化網格模型作為輸入，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的輪廓平滑和實時繪制方法，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，提出了網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行一致性處理，且做到繪制質量與視點移動無關。并通過基于高斯球的輪廓三角形

5、的快速判斷、輪廓線的自適應繪制和GPU并行計算，對算法進行了加速，大大降低了平滑輪廓的計算復雜性，在提高繪制效果的同時，實現(xiàn)了實時繪制。 3.提出了一種基于網格模型的實時非真實感繪制方法 在上面提出的輪廓平滑方法的基礎上，提出一種基于網格模型的實時非真實感繪制方法，通過多種風格來凸顯物體特征，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筆畫，再

6、根據(jù)光照、視線方向以及曲率來調整這些基礎筆畫的寬度，最后使用不同的筆畫紋理應用到這些具有一定寬度的筆畫上，生成具有不同風格效果的輪廓線。同時，可通過使用GPU和二維卡通紋理生成高質量內部卡通光照效果。 上述研究工作可以廣泛應用于大數(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用價值。在上述工作的基礎上，下一步擬主要結合紋理信息對基于網格模型的實時繪制方法進行改進，并進一步擴充特征線風格化方法，進一步提高模型