细节高度复杂模型的内容敏感建模技术研究

More and more highly detailed 3D models are now applied in geometric modeling and many applications. In the area of industrial design, in order to adjust the available models to suit different surrounding scenes, one important issue is how to preserve effectively the visually salient features of 3D complex models? In the area of cultural relic protection, how to effectively enhance the salient features of the antiquated relics? How to repair the complex geometric details of the cultural relics in the restoration process? In the area of digital entertainment, in order to edit the complex models which possess a large number of similar regions, one key problem is how to reduce the burden on artists for repeatedly performing the similar editing operations? To satisfy these practical demands, this project will focus on content-aware modeling techniques of highly detailed 3D models by using different global and local geometric descriptors. Firstly, owing to the theory of perceptual saliency, this project will propose the robust definition of the global descriptions of visual saliency, and the related modeling techniques, such as, the saliency-based content-aware model resizing and visualization enhancement techniques. Secondly, owing to theory of shape similarity, this project will also present the computational framework of the local descriptions of geometrical similarity, and the related modeling techniques, such as, the similarity-based content-aware virtual restoration and non-local processing techniques. Finally, two interactive prototype systems will be built based on the aforementioned techniques.

目前细节高度复杂的三维模型在各领域得到了广泛应用。工业设计领域中，在调整已有复杂模型尺寸或改变其局部形状以适应特定应用需求时如何保持模型的视觉显著特征；数字化文物保护领域中，如何有效增强数字化古文物表面显著特征的可视化，在数字化模型修复时如何有效修复模型表面复杂细节；数字娱乐和数字动漫领域中，在设计具有大量相似区域的复杂脚色模型时如何使设计师从繁重重复劳动中解脱出来以提高其设计效率。针对上述实际应用需求，本项目引进针对模型表面复杂细节的全局和局部几何描述以实现复杂模型内容敏感的建模。基于视觉感知理论，研究模型全局视觉显著度的计算，基于视觉显著度的内容敏感尺度调整和编辑造型技术，视觉显著度驱动的可视化增强技术；基于局部相似性理论，研究模型局部相似性度量的计算，结合相似性度量的内容敏感虚拟修复和拼接技术，基于相似性度量的复杂模型非局部造型技术。同时将构建相应的建模处理原型系统。

本项目通过引进针对细节高度复杂模型的全局和局部几何描述，旨在研究复杂模型内容敏感的建模和造型新技术、新方法。项目组围绕“三维复杂模型的全局显著性几何描述、三维复杂模型的局部相似性几何描述、视觉显著性驱动的三维复杂模型形状分析简化与尺度调整、三维复杂模型内容敏感的滤波造型虚拟修复与浮雕生成、三维复杂形状的重建生成和编辑造型、形状复杂线条画矢量化与复杂图案编辑、视觉显著性区域检测与显著性目标分割、复杂样条曲线的设计和造型技术”等内容进行了卓有成效的研究，取得了一系列研究成果，达到了预期的研究目标。这些研究成果已经在国际国内学术期刊和学术会议上共发表了学术论文35余篇（包括国际国内重要学术期刊论文22篇，ACM SIGGRAPH ASIA Poster 3篇，国际会议学术论文1篇；其中SCI/EI检索论文19篇）；申请并受理了6项国家发明专利（其中已经授权发明专利2项）；研制了针对三维复杂模型的高效编辑造型软件《三维建模3D Lab应用软件系统》并授权软件著作权1项；在科学出版社出版学术专著《三维点采样模型的几何处理和形状造型》一书。在针对细节高度复杂模型的建模方面，这些成果从全局和局部两个角度研究了模型表面的几何描述，提出了一系列实现三维复杂模型内容敏感的建模和造型新技术、新方法，构建了相应的建模处理原型系统，具有很好的理论研究意义和实际应用价值。