[发明专利]一种基于孔洞填充的残缺模型检索与重建方法

说明书

本发明公开了一种基于孔洞填充的残缺模型检索与重建方法，构建局部细节保持的残缺模型孔洞填充，通过填充模型搭建残缺模型与其完整模型的形状关联；引入填充模型的可靠度量函数，建立视觉特征和可靠度融合的模糊特征表达形式，在可靠度约束下检索满足用户设计意图的可能残缺模型。对检索模型进行细分曲面重建，探寻逼近细分和插值细分的内在联系，推导快速收敛的ternary插值细分和逼近细分的统一框架。本发明在可靠度约束下检索满足用户设计意图的可能残缺模型，通过调整细分参数实现逼近和插值的模式转换以及重建曲面的形状，能够有效解决残缺模型恢复问题，达到对残缺模型检索和重建的目的。

技术领域

本发明涉及三维模型领域，特别涉及一种基于孔洞填充的残缺模型检索与重建方法。

背景技术

随着三维数据获取技术、建模方法及硬件技术的发展，三维模型成为继声音、图像和视频之后的新一代多媒体数据类型，能提供更丰富的形状信息和更逼真的视觉感知效果，广泛应用于虚拟现实环境、计算机辅助设计、三维游戏、工业实体造型以及考古学等多个领域。从需求出发到三维模型的设计与加工是由无到有的过程，往往需要较多的设计灵感和大量的创作时间，因此在大多数情况下用户完全重新设计一个全新的三维模型情况相对较少，通常是寻找一些已经存在的相似模型进一步开发，通过组合或修改过去的成品来表达作者的设计理念，合理地重用现有资源有效缩短产品开发周期、降低产品成本并提高产品质量。但是由于三维模型具有十分复杂的几何形状和拓扑结构，并且设计重用的初始阶段用户对目标模型掌握的信息非常有限。如何使设计人员从海量模型中快速、准确的找到合适的可重用模型，并利用这些资源高效地设计出满足需求的新产品成为迫切需要解决的挑战性问题。

然而，在众多的三维模型中至少有10％-20％的三维模型存在残缺或信息不完整，包括年代久远的破损出土文物等自然缺损，以及受外力造成的骨骼等人为缺损，也包括建模过程中由于模型自身复杂结构(如遮挡)导致扫描不充分，或者扫描仪本身对黑色、反光和透明的物体扫描较差等原因造成的三维模型信息不完整。信息缺失的三维模型无法表达完整的模型信息，不仅难以满足动画角色建模和产品设计的重用需要，也无法为破损文物修补和缺损骨骼修复提供充分的有用信息。

残缺模型和其完整模型是部分和整体的关系，同一模型的不同残缺程度和残缺部位的三维模型之间是部分与部分的关系，信息缺失改变了三维模型的拓扑结构，破坏了它们之间原有的拓扑等价关系。在三维模型的检索中，对残缺区域较大的残缺模型往往难以得到理想的检索结果。此外，对检索模型的再设计过程中，往往需要按照设计者的意图对检索模型进行形状修改和调整，曲面重建的效率和灵活性成为设计者密切关注的问题，也是残缺模型重用亟待解决的问题。

因此，现有技术中对于在三维模型的检索中，对残缺区域较大的残缺模型往往难以得到理想的检索结果，无法对检索模型进行形状修改和调整的问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于孔洞填充的残缺模型检索与重建方法，通过填充模型建立残缺模型与其完整模型的形状关联，在可靠度约束下构建残缺模型的模糊特征表达，并在此基础上对检索的重用模型进行重建，构建快速收敛且形状可控的细分曲面模型，为三维模型的建模提供新方法，是三维模型重用研究的有益补充，推动三维模型在新产品设计、文物复原、电影和游戏动画的角色建模等领域的广泛应用。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于孔洞填充的残缺模型检索与重建方法，引入填充模型建立残缺模型和其完整模型的形状过渡，在可靠度约束下检索满足用户设计意图的可能模型，对检索模型进行面向重用设计的曲面建模。该方法包括以下步骤：

步骤1：提取残缺模型的局部细节特征，建立孔洞填充模型；

步骤2：通过步骤1中得到的填充模型构建残缺模型与其完整模型的形状关联，引入填充模型的可靠度量函数，建立视觉特征和可靠度融合的模糊特征表达形式，在可靠度约束下检索残缺模型；