复杂形体时空动态变化生成技术

The Objects with Complex Geometric Shape(OCGS) , which mainly are 3D shapes with complex structure, are ubiquitous digital media in the current science and technology. The OCGS can generate many deformed shapes with time by user's interaction or animation requirement, and the details on the OCGS may suffer severe changes. Current methods can only deal with tiny part of the question, while this project aims to giving a complete solution for producing dynamical space-time morphing and deformation of OCGS, and this will alleviate the manual work which is the main obstacle to production efficiency in 3D digital contents making process. The corresponding algorithms can be applied to 2D images for novel artistic changes in effects..The main contents of the project are: automatically generating of space deformation control form, geometric feature detecting and matching, deformation technology based on shape space, space-time morphing and deformation based on implicit function and the acceleration algorithm on GPU for deformation. Technological innovations of this project include automatically generation of the cage using for deformation and acceleration, automatic matching such as feature clustering and matching for repeat structure detection and points match, morphing and deformation for complex models based on shape space in virtue of multiresolution and multisection means, dynamically modification of topology for morphing between different genus's models. Technical difficulties are the high automation of deformation control, the real-time generation of deforming, and the reasonable reconstruction of topology.

复杂形体，主要是结构复杂的三维几何体，是现代科学技术中必需处理的数字媒体。复杂形体由于用户交互或动画需求等随时间会产生各种动态形变，其特征改变可能十分剧烈。现有方法只能针对性地解决部分细节问题，本项目旨在从整体上形成对复杂形体特别是三维几何体的时空变形生成解决方案，从而减少现有3D内容生成过程中过于繁冗的人工处理。其用于三维几何体的方法也可应用于二维图像产生新的艺术变化效果。.项目研究内容包括：空间变形控制体的自动生成、几何特征检测和匹配、基于形状空间的形变技术、基于隐函数的时空变体求解、变形控制的GPU加速。其技术创新在于变形笼体自动生成及加速、利用特征聚类进行重复结构检测及点匹配等自动匹配技术、基于形状空间利用多分辨率及分段处理以进行复杂形体变体、不同亏格模型之间的动态变体生成及拓扑连接修改等。其难点在于变形控制的高效自动性、变形的可实时性以及拓扑结构的变化重构问题。

复杂形体，可包括结构复杂的三维或二维几何体。复杂形体由于用户交互或动画需求等随时间会产生各种动态形变，其特征改变可能十分剧烈。现有方法只能针对性地解决部分细节问题，本项目旨在从整体上形成对复杂形体特别是三维几何体的时空变形生成解决方案，从而减少现有3D内容生成过程中过于繁冗的人工处理。其用于三维几何体的方法也可应用于二维图像产生新的艺术变化效果。.项目研究内容包括：空间变形控制体的自动生成、几何特征检测和匹配、基于形状空间的形变技术、基于隐函数的时空变体求解、变形控制的GPU加速。其技术创新在于变形笼体自动生成及加速、利用特征聚类进行重复结构检测及点匹配等自动匹配技术、基于形状空间利用多分辨率及分段处理以进行复杂形体变体、不同亏格模型之间的动态变体生成及拓扑连接修改等。其难点在于变形控制的高效自动性、变形的可实时性以及拓扑结构的变化重构问题。.经过对以上内容进行三年的研究,我们取得了一系列的研究成果,可大体分为几何特征检测和匹配, 模型多分辨率处理及重建, 变形变体三个方面, 包括基于视点信息理论计算三维模型相似度的方法,实时表情动画模拟与真实感渲染方法,内容相关的颜色转移方法, 相似物体的检测与提取方法, 基于分割树的双目立体匹配算法,使用单立方体进行映射(SCMs)的基于GPU的多分辨率绘制方法, 对三维复杂装配体进行自动拆卸方法, 基于对称性增强的古建筑网格模型重建,基于笼形的异构的变形变体传递的新框架等,发表国际期刊论文(SCI)6篇,发表国际会议论文(EI)7篇,另有一篇国际期刊论文在审稿中,申请国家专利三项,其中一项已经获得授权,已经有两名博士生进行过相关的研究工作后取得博士学位。其它有多名研究生参与并有相关论文发表。..通过此项目的研究, 本项目研发出一些自动且简单交互的模型及图像处理技术，将处理过程转交给计算机来自动完成，提高生产效率，降低生产成本，并形成了有自主知识产权的处理技术,可广泛应用于影视制作等各个方面。