结构敏感的网格编辑技术研究

Mesh editing has been widely used in the fields of digital entertainment, thus receiving more and more attention in current research. As 3D meshes often contain salient structures, even a little distortion will cause apparent visual artifacts during editing, this project mainly discusses structure-sensitive mesh editing techniques, including interactive deformation, non-homogeneous resizing and deformation synthesis. Firstly, based on structure and deformation degree, a hierarchical deformation framework is built to preserve salient structures, local details and volume, then it is extended to time-varying mesh sequences. Secondly, the non-homogeneous resizing problem of scanned models and man-made models are respectively addressed, which can effectively maintain the model style and obtain perception-aware results. Finally, a deformation synthesis algorithm is proposed to automatically select several source deformations from the sample database, then seamlessly synthesize to a single target mesh. This project provides a practical and feasible research scheme, and achieves a robust and useful editing system which can handle complex mesh data and obtain satisfactory results.

网格编辑技术已经被成功地应用于数字娱乐产业的各个领域，推动着学术界对其展开更深入的研究。鉴于三维网格模型通常会包含重要的结构信息，编辑时一旦失真会导致明显的视觉瑕疵，本项目主要研究结构敏感的网格编辑技术，在交互式变形、非均匀缩放和变形合成三个方面展开探索。首先，基于结构信息和变形程度，构建了一个多层次的变形框架，能够尽量地保持结构、局部细节和体积，进而将其扩展至时变网格序列。其次，分别讨论了扫描模型和人造模型的非均匀缩放问题，能够有效地维持模型的风格，得到符合视觉感知的效果。最后，提出了一个变形合成算法，能够在样本库中自动选取多个源网格的局部变形，无缝地融合到同一目标网格上。本项目针对上述研究内容提供了切实可行的研究方案，初步实现了一个鲁棒的、实用的编辑系统，可以处理复杂网格数据，获得令人满意的效果。

结构敏感的网格编辑技术是计算机图形学、虚拟现实等领域的一个难点问题，如何对大规模复杂网格数据进行快速有效的编辑一直受到研究人员的广泛关注。同时，网格编辑技术具有很大的实用价值，已经被广泛地应用于数字娱乐产业的各个领域，例如影视特技、网络游戏、计算机动画和虚拟仿真等。三维网格模型通常会包含重要的结构信息，编辑时一旦失真会导致明显的视觉瑕疵。近年来，研究人员在网格编辑方面提出了大量的算法。但是，这些算法往往只注重保持网格模型的局部细节和体积，而忽略了结构信息，从而容易在编辑过程中导致不自然的效果，同时算法的复杂度也比较高，很难处理大规模数据，不能完全满足实际应用的需求。.我们认为网格编辑算法除了应该实现用户指定的形状变化外，还应该尽量地保持网格模型的局部细节、体积，防止重要结构的扭曲，并且具有较低的时间复杂度和空间复杂度。基于这些认识，我们开展了较为深入的研究探索，集中研究了以下几个关键问题：结构信息的分析与提取方法、变形敏感的多层次表示方法、以及变形、缩放、变形迁移等编辑操作。在项目的执行期间，我们的进展十分顺利，取得了较为丰富的成果，一共发表了10篇学术论文，其中SCI论文5篇，EI论文2篇，并多次在国内外学术会议上进行大会报告。我们构建了一个鲁棒实用的原型系统，能够处理大规模复杂网格数据，获得令人满意的编辑结果。这些研究成果对结构敏感的网格编辑技术的研究具有重要的借鉴作用，也为将来进一步的研究和应用奠定了坚实的基础。