[发明专利]一种三维数字几何网格模型结构的自动修复方法

权利要求书

1.一种三维数字几何网格模型结构的自动修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，三维模型网格生成：借助输入网格模型体素化后得到的体表示作为中间状态，对输入网格模型进行处理，生成输出网格模型，包括体素化、边界提取和网格提取三个步骤：

体素化包括：将输入网格模型的包围立方体空间均匀切割为N×N×N个体素，N为体素化的维数，并将所得体素分别标记为内部体素和外部体素，所述体素为输入网格模型的包围立方体空间被切割成的一组立方体；

边界提取包括：根据内部体素和外部体素的相对位置，提取出处在内部体素和外部体素交界处的边界体素；

网格提取包括：从所述边界体素中，生成顶点集合和三角面片集合，并将所有的三角面片组成输出网格模型；

步骤二，三维模型网格优化：处理步骤一获得的输出网格模型，包括缺陷结构删除、面片法向量校正和模型校准三个步骤：

缺陷结构删除包括：检测和删除输出网格模型中存在的缺陷结构，确保输出三维网格模型是水密二维流形网格模型；

面片法向量校正包括：根据步骤122获得的内部体素、外部体素和边界体素标记结果，校正三角面片顶点序号的顺序；

模型校准包括：将输出网格模型的顶点投影到输入网格模型的边上，使用输入模型对输出模型进行校准。

2.根据权利要求1所述的一种三维数字几何网格模型结构的自动修复方法，其特征在于，步骤一中所述的体素化部分包含以下步骤：

步骤111，计算输入网格模型的包围盒，所述包围盒是指包含输入网格模型且边平行于坐标轴的最小六面体；

步骤112，将输入网格模型缩放平移至[0,1]×[0,1]×[0,1]的三维空间中，得到缩放比率和平移参数；

步骤113，通过移动OpenGL在不同视点下的可视空间模拟切割输入网格模型所在三维空间的过程，并根据在不同视点下得到的颜色缓存判断对应的体素是属于三维网格模型内部还是外部，从而将该体素标记为内部体素或外部体素，所述OpenGL的不同视点包括沿三个坐标轴的正反两个方向的共6个视点。

3.根据权利要求2所述的一种三维数字几何网格模型结构的自动修复方法，其特征在于，步骤一中所述的边界提取部分包含以下步骤：

步骤121，获取每个内部体素的三组面邻居体素，所述一组面邻居体素是指位于当前体素的前后或左右或上下的两个体素；

步骤122，根据每组面邻居体素的标记值的和是否为零，判断当前内部体素是否为边界体素，如果为零，则将当前内部体素标记为边界体素。

4.根据权利要求3所述的一种三维数字几何网格模型结构的自动修复方法，其特征在于，步骤一中所述的网格提取部分包含以下步骤：

步骤131，根据每个边界体素的位置，生成相应顶点的坐标，并将此顶点加入输出网格模型顶点集合；

步骤132，根据每个计算单元中内部体素、外部体素及边界体素的数量及相对位置，在这个计算单元内部生成三角面片，并连接这些三角面片组成输出网格模型，所述计算单元是指组成一个立方体区域的8个相邻体素。

5.根据权利要求4所述的一种三维数字几何网格模型结构的自动修复方法，其特征在于，步骤二中所述的缺陷结构删除部分包含以下步骤：

步骤211，检测输出模型中的悬挂面，迭代删除悬挂面，所述悬挂面是指包含悬挂边的面片，所述悬挂边是指仅与一个面片相连的边；

步骤212，检测与每个顶点相连的面片之间的边连通性，如果与顶点相连的面片集合中存在非边连通的面片，设定该顶点为奇异顶点，复制该奇异顶点，将非边连通的面片中该奇异顶点的序号更新为复制得到新的顶点序号，以消除该奇异顶点；所述面片的边连通性是指两个面片边连通，即这两个面片有公共边，或者这两个面片边连通的面片有公共边；

步骤213，检测与每条边相连的面片的数量，如果边连接的面片数量大于2，设定该边为复杂边，检测该复杂边的每个顶点的面片在去除该复杂边后的边连通性，如果与顶点相连的面片集合中存在非边连通的面片，则将该顶点复制，将非边连通的面片中该顶点的序号更新为复制得到新的顶点序号，以消除该复杂边；

步骤214，检测顶点与面片之间的隶属关系，如果顶点不属于任何面片，则设定该顶点为悬挂顶点，从输出网格模型的顶点集合中删除该悬挂顶点。