[发明专利]一种曲面主曲率信息的获取方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及数字几何处理技术领域，特别是涉及一种曲面主曲率信息的获取方法和装置。

背景技术

三维数字几何在影视娱乐、可视化等领域得到了广泛的应用。在三维数字几何的编辑与处理中，对曲面的形状进行分析是必不可少的。基于经典的微分几何，曲面的主曲率和主曲率方向是描述曲面局部几何性质的有效工具。

虽然经典的微分几何定义在连续曲面上，近年来，通过离散微分几何，局部拟合等方法可以在离散的三角网格模型上估计主曲率和主曲率方向。但这些方法往往具有对噪声不够鲁棒、计算结果不够光滑等缺点。近年来提出的基于主分量分析的积分不变量方法可以获得对噪声更鲁棒的主曲率信息，但该方法需要用户给出计算主曲率时使用的尺度，而且在整个模型上使用均一的尺度进行计算，这对模型上包含不同尺度特征的情形难以取得理想的效果。

发明内容

本发明实施例要解决的问题是提供一种曲面主曲率信息的获取方法和装置，针对包含不同尺度特征和噪声的数字几何模型，通过估计曲面局部适当的特征尺度，自动、鲁棒地计算曲面的主曲率和主曲率方向分布。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案提供一种曲面主曲率信息的获取方法，所述方法包括以下步骤：A.根据曲面的一组离散尺度半径，计算所述尺度下基于PCA(Principal Components Analysis，主分量分析)的积分不变量；B.设置所述曲面各顶点处的初始尺度半径；C.迭代更新各顶点的尺度半径值；D.平滑尺度半径在模型上的分布；E.根据所述尺度半径，获取所述曲面的主曲率和主曲率方向信息。

其中，所述步骤A具体包括：根据从小到大的一组离散尺度半径，计算基于PCA的积分不变量的均值向量和协方差矩阵。

其中，所述步骤B具体包括：将所有顶点处的尺度半径初始化为取预计算时使用的离散尺度半径的平均值。

其中，所述步骤C具体包括：C1.根据当前尺度半径估计主曲率信息；C2.根据所估计的主曲率信息更新尺度半径，使所述尺度半径接近于较小的主曲率半径；C3.判断更新前后所述尺度半径的变化是否小于预先设定的阈值，如果是，则结束；否则转步骤C1。

其中，所述步骤D具体包括：使用双边滤波器对尺度半径的分布进行平滑滤波。

其中，所述步骤E具体包括：E1.通过对协方差矩阵进行线性组合，获取某个特定尺度下的协方差矩阵；E2.对所述协方差矩阵进行特征值分解，获取所述曲面的主曲率和主曲率方向信息。

本发明实施例的技术方案还提供一种曲面主曲率信息的获取装置，所述装置包括：积分不变量计算单元，用于根据曲面的一组离散尺度半径，计算所述尺度下基于PCA的积分不变量；初始尺度半径设置单元，用于设置所述曲面各顶点处的初始尺度半径；尺度半径更新单元，用于迭代更新各顶点的尺度半径值；双边滤波器，用于平滑尺度半径在模型上的分布；主曲率信息获取单元，用于根据所述尺度半径，获取所述曲面的主曲率和主曲率方向信息。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：

本发明实施例得到的结果对噪声较为鲁棒，不需要用户指定计算时的尺度半径，并能适应模型上包含的不同尺度的特征，获得准确、可靠的主曲率和主曲率方向估计。

附图说明

图1是本发明实施例的一种曲面主曲率信息的获取方法的流程图；

图2是本发明实施例的一种迭代更新各顶点的尺度半径值的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明实施例的一种曲面主曲率信息的获取方法如图1所示，其中输入数据为三维数字几何模型(例如网格)。本实施例包括以下步骤：

步骤s101，根据曲面的一组离散尺度半径，计算所述尺度下基于PCA的积分不变量。具体为根据从小到大的一组离散尺度半径，计算基于PCA的积分不变量的均值向量和协方差矩阵。设对应半径为r的球形邻域，将其放置在曲面上的任意一点，通过