三维表面建模方法研究与实现

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1、中南大学硕士学位论文三维表面建模方法研究与实现姓名：黄伟申请学位级别：硕士专业：计算机科学与技术指导教师：陈学工20100526摘要三维表面建模技术是科学计算可视化领域中的热点研究问题，在地质勘探、医学诊断等方面都有着重要的应用。因此，对三维表面建模技术的研究，具有重要的学术意义和应用价值。本文在分析了三维表面建模技术的基础上，主要围绕以下两大问题来展开研究：(1)基于轮廓线拼接算法过程中所出现的轮廓线分支、对应和重合度问题；(2)基于等值面的面绘制算法过程中所出现的逼近精度问题。针对问题(1)，本文研究了移动立方体(MarhcingCube，M

2、C)表面建模算法，对MC算法的基本原理和关键步骤进行了分析，并根据MC算法的基本原理提出了移动棱台(MarchingPrismoid，MP)算法。MP算法首先对轮廓线进行体数据的构造，然后抽取体数据中等值面，最终实现物体表面的生成。该算法有效地避开了基于轮廓线拼接所碰到的轮廓线的对应和分支问题，省去了人工干预的步骤。同时，MP算法解决了MC算法在轮廓线重合度较小时表面建模失败的问题。为了满足用户的不同应用目的以及对绘制质量和绘制速度的要求，本文从MP算法的关键步骤入手，提供了多种表面生成模式供用户选择。针对问题(2)，本文提出了一种分类处理轮廓线

3、的渐近算法。该算法将基于轮廓线拼接算法引入到基于等值面的面绘制算法中，利用基于轮廓线拼接算法的优点，在等值轮廓线与原轮廓线之间采用一种轮廓线“分段对应拼接”方法，使重建出的物体表面与轮廓线达到完全吻合。同时，该算法在投影轮廓线之间采用基于等值面的面绘制算法进行表面建模，生成整个物体的表面，取得了较好的效果。关键词三维表面建模，轮廓线，MC算法，MP算法，渐近算法ABSTRACTThetechnologyof3Dsurfacereconstructionisahottopicinthefieldofvisualizationinscientific

4、computing．Ithasbeenwidelyusedingeologicalexplorationandmedicinediagnostics．Studyon3Dsurfacereconstructionhasimportantsignificanceonscienceandworthinessinpracticalapplication．Aftertheanalysisofsurfacereconstructiontechnology，thethesisismainlycenteredonthefollowingtwoissues：Fir

5、stly，theproblemsofbranching，correspondenceandcoincidencedegreewhichareappearedincontourtilingalgorithm．Secondly,theapproximationdegreeproblemofcontourintheprocessofvoxelgrademodeling．Aimingatthefirstproblem，thispaperstudiesthealgorithmofMarchingCube(MC)，andpresentsaMarchingPr

6、ismoid(MP)algorithmaccordingtothebasicprincipleofMC．MPisdividedintotwosteps：Firstly,thealgorithmconstructsthevolumedatafromcontours．Secondly,inordertogeneratetheobjectsurface，thealgorithmextractstheiso—surfacefromvolumedata．MPavoidsthefirstproblemeffectively,anditCanlUllautom

7、aticallyinsteadofartificialintervention．ThenewmethodsolvestheproblemofsurfacereconstructionfailureinMCwhenthecoincidencedegreebetweentheequivalentcontourandoriginalcontourislow．Meanwhile，inordertomeetdifferentapplicationandthequalityofsurfacerendering，weprovidemanypatternsofs

8、urfaceconstructiontoselectforuserformthekeystepsofMPalgorithm．Aiming