基于语义分析的三维模型表面属性交互式编辑技术研究

The surface attributes of 3D model(e.g.,color,transparency,illumination,and normal vector) demonstrate detailed appearance of 3D model and contribute to construct the vivid virtual world. Nowadays, 3D digital techniques are widely used. However, there are challenges in interactive operation and content creation for general users in editing the surface attributes. We argue that the fundamental problem is the cognition gap between the semantics information of 3D model which is important for the surface attributes editing and low level geometric measures on which the traditional geometric processing techniques depend. This project not only follows closely but also targets promoting the trend of "Semantics-Driven 3D interactive editing". We start by analyzing the rich semantics information of 3D models. Based on the semantics-analysis, we investigate a new solution framework including semantics-driven realtime interactive techniques and smart suggestion for creative content design. This project aims at presenting a natural and effective interactive editing system for 3D surface attributes and striving to make substantial contribution to the state-of-art.

三维模型表面属性，如颜色、透明度、光照、法向量等，真实再现物理世界中的颜色和材质等丰富细节，构建了栩栩如生的虚拟世界。在三维数字技术普及化的今天，大众用户在三维模型表面属性编辑上面临着操作与内容创作上的难题。我们认为，其中的根本性困难在于表面属性所蕴含的三维模型语义信息与传统几何处理技术所依赖的低层几何属性度量之间的认知鸿沟。因此，本项目紧扣并进一步推动"基于语义分析的三维编辑"技术趋势，以分析三维模型的丰富语义信息为出发点，基于模型分析获取的语义信息，探讨基于模型语义的实时交互技术和智能建议式创意设计等新型解决方案，并最终形成自然高效的三维模型表面属性智能编辑交互系统，在交互式模型建模与处理领域做出基础性和前瞻性贡献。

本项目在三维模型分析与交互和高维数据可视分析两个方面进行了研究。一方面，在三维数字技术普及化的今天，大众用户在三维模型编辑上面临着操作与内容创作上的难题。理解模型与提供创意支持是面向大众的三维模型编辑工具需要解决的核心问题。本项目首先对三维模型结构分析进行了研究，提出了复杂三维模型的树状结构表达及其自动化计算方法。其次，本项目针对三维模型交互中的遮挡问题，提出了基于动态深度层次结构的交互方法。最后，本项目实现了三维模型表面属性交互式编辑系统，支持在三维模型表面上的交互式纹理合成，降低了对用户创作技能的需求。另一方面，高维数据是数据分析中最重要的数据类型。它既是很多数据采集方法的自然结果（如图像、视频、基因序列等），也是刻画对象特征的重要中间数据（如用户画像）。因此，对高维数据分析方法的研究具有重要意义。相对于自动分析方法而言，可视分析方法增强了分析过程和分析结果的可理解性和可解释性，既是自动化方法的有力辅助，其自身也是重要的一类数据分析方法。本项目基于局部子空间分析、拓扑分析等方法，通过对高级语义特征空间的探索和构建，阐明各类低维内蕴结构在语义特征空间中的呈现模式，提出语义特征空间中低维内蕴结构的交互方法，为子空间聚类、流形学习、拓扑分析等分析任务提供新的思路。具体地，本项目对高维空间中的低维流形、子空间聚类、局部相关性、非线性内蕴轴等对象和问题进行了研究，提出了相应的可视分析方法，实现了可用的可视分析系统。本项目合计发表EI期刊论文1篇，大会会议论文1篇，授权发明专利3项，已申请发明专利3项。此外，作为本项目的后续成果，有2篇论文正在SCI期刊审稿中，2篇论文即将投稿至SCI期刊。