[发明专利]一种基于非局部低秩优化的三维网格修复方法

说明书

本发明涉及一种基于非局部低秩优化的三维网格修复方法，属于图像图形处理技术领域。首先识别孔洞边界，利用动态规划重构孔洞区域；接着将模型分为大小相同的块，将每块的点法向存入矩阵；然后利用点法向衡量块的相似性，对每个包含孔洞点的块寻找与其最相似的K‑1个块，将K个块的点法向存入相似块点法向矩阵中；对相似块点法向矩阵进行低秩恢复操作，将恢复的点法向赋予孔洞点；最后根据孔洞点的点法向更新顶点位置完成修复。对比现有技术，本发明将三维网格模型上的重复纹理特征以块的低秩性来衡量，解决了重复纹理的量化表示问题；其次以非局部低秩优化方法解决了三维修复中的保纹理特征修复问题，在恢复缺失的显著纹理特征方面，具有明显优势。

技术领域

本发明涉及一种基于非局部低秩优化的三维网格修复方法，属于虚拟现实 图像图形处理技术领域。

背景技术

随着现实生活中人们对于数据表达能力的要求不断提高，三维数据已经成 为继声音、图像、视频等数据形式之外的又一个重要的数据表达形式,广泛应 用于数字娱乐、文物保护、智慧城市、智能制造、虚拟/增强现实等领域。数字 娱乐领域对娱乐内容进行数字化，在游戏与动画中使用真实的三维场景与人物 来加深用户对于虚拟世界的理解程度；文物保护领域扫描文物的三维模型，对 模型进行虚拟的数字化重建，为真实的物理修复提供基础；虚拟现实构建三维虚拟环境，增强用户沉浸感，增强现实则利用三维数据将现实相结合，实现虚 拟世界与现实世界的结合并进行互动。因此，三维数据的重要性在当今是毋庸置疑的。而三维网格模型作为数字媒体中一种新的数据形式和信息载体，在表 示外形方面具有全面、可靠、灵活、直观等特点，是三维数据中普遍使用的一 种模型形式，因此本发明针对三维网格模型进行修复。

三维网格模型精度越高，越能反映出实体模型的细节特征。而在采集数据 的过程中，由于采集设备精度的限制，或者物体之间存在遮挡，人工采集时存 在抖动等因素，导致采集到的原始数据不完整，使得得到的三维网格不能直接 使用，如对室内场景进行扫描时，缺失的场景无法直接应用在场景重建及虚拟 现实中。在某些领域如三维打印，计算机辅助设计领域中应用受限，那么利用三维网格修复得到精度较高的，保特征的三维网格模型就至关重要。

在保特征的三维网格修复中，现有算法如基于邻域的局部修复方法利用孔 洞邻域的信息进行三维修复，基于特征线的修复方法即利用特征线的构建和局 部信息进行三维修复等，对于简单特征的保持有较好的效果。但是对于复杂特 征，如模型上的纹理特征，现有的三维网格修复算法效果较差。

对于含有重复纹理特征的三维网格修复问题，有以下两大难点。

首先，与图像不同，三维网格是非规则的数据形式，包括网格顶点以及顶 点的连接关系。当模型表面含有孔洞时，修复孔洞不仅需要修复三维点坐标 (x,y,z)，还需要对点之间的连接关系做优化与调整，三维网格模型具有的空间复 杂性使得保持重复纹理特征的修复算法难度大大提升。

其次，如何量化特征的重复性也是保持重复纹理特征的一大难点。在图像 中，像素点是构建图像的基本单位，衡量图像的重复性只需要对像素的重复性 做比较，即将图像的重复性问题转换为点之间的重复性问题，通过点的位置， 颜色等等信息就可以容易的判断一张图像上是否具有重复纹理特征。而三维网 格的空间复杂性与网格不规则性使得三维网格上重复纹理的描述变得更加困难。如何根据局部几何特征，得到三维网格重复纹理的表达也是网格修复的一个关 键难点问题。因为模型的重复纹理特征是由多个三维点和点之间的连接关系组 成的，因此本发明提出利用多个三维点和点之间的连接关系构建表面块，利用 表面块的面法向衡量三维模型表面上纹理特征的重复性。

发明内容

本发明的目的是克服现有三维网格模型修复方法中存在的不能有效恢复孔 洞区域显著纹理特征以及优化算法复杂性的问题，提出了一种基于非局部低秩 优化的三维网格模型修复方法。