[发明专利]基于三棱柱的异质物体的边界面重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形学异质物体建模领域，具体涉及一种用于对异质物体或者说多材质物体进行建模时的基于三棱柱的异质物体边界面重建方法。

背景技术

在现实世界中，异质物体随处可见。异质物体就是由多个同质部分组成的物体。重建异质物体的几何表示是许多与几何相关应用技术的前提。例如，各个部分清晰分隔且支持交互显示的数字肝脏模型是术前规划的基础，是手术成功的重要保证。

在异质物体的重建中，边界面的拓扑与材质相关。在生成几何表示的异质物体时，重建算法应满足以下条件：

·边界面网格不存在T-连接、裂缝或者洞的情况；

·边界面将异质物体分隔成多个同质部分；

·一个边界面对应一类材质；

·算法不受材质数目限制；

·相邻材质边界面的相交区域的拓扑保持一致。

现有的算法解决重建问题时要么基于立方体体素，要么基于四面体体素。但是，以上两种类型的算法都在理论上或者实际应用中存在缺陷。一般的等值面提取算法最大的不足在于它只能找出一类材质的等值面，而且存在二义性问题。另外，当前异质物体的建模研究尚处于初级阶段，重建异质物体边界面的研究工作更是稀少。该类算法一般首先归类体素，然后合并同类体素，生成同类体素的外表面，最后通过插值或者优化微调得到最终的外表面。该类算法虽然复杂度低，也能处理包含两类或者三类物质的物体，但是随着物质种类的增多，算法性能会下降，而且一般都不能提供相邻部分边界面之间的相交信息。

现有的算法依赖于预先建立的查找表。以著名的移动立方体为例，该算法首先判断立方体的八个角点与所求等值面的内外关系；然后，根据立方体所有角点和等值面之间的位置关系判断棱边上是否存在交点；最后将等值面与立方体的交点按照查找表给定的方式连接成三角面片。立方体8个角点和等值面之间的内外对应关系总共有256种组合状态，因此查找表有256个条目与之对应。本发明无需预先建立复杂且存在潜在拓扑缺陷的查找表，每个三棱柱体内的分隔面片都按相同流程生成，重建结果直接几何形式表示，便于后续的仿真或者有限元处理。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于三棱柱的异质物体的边界面重建方法，该边界面重建方法能够准确重建包含两类或者三类以上材质的异质物体的边界，还能够同时提供异质物体的任意两类材质之间的相交信息。

一种基于三棱柱的异质物体的边界面重建方法，包括：

（1）将所述异质物体对应的六面体网格中的每个六面体体素划分为两个三棱柱；

（2）针对每一个三棱柱：

根据当前三棱柱的各个边的角点的材质编号确定该三棱柱位于边上的分隔点，并以该边上两个角点的材质编号作为该分隔点的相关材质，

根据当前三棱柱的各矩形面的角点的材质编号确定三棱柱位于矩形面上的分隔点；

（3）将位于同一面内的各个分隔点两两相连形成面分隔线，并根据各面分隔线所在面的角点的材质编号确定该面分隔线的方向，以该面分隔线中的位于边上的分隔点的相关材质编号作为该面分隔线的相关材质编号，

将位于三棱柱的三角形底面的斜边上的分隔点以及位于矩形面中的分隔点两两相连形成体分隔线；

（4）根据所述的分隔线的种类和面分隔线的方向，将当前三棱柱的所有分隔线组成若干个环，并确定各个环的正面和反面的材质编号；

（5）对各个环进行三角化处理，每个环三角化处理后得到一组与环对应的三角面片，同一组三角面片的正面和反面的材质与相应环的正面和反面的材质相同；

（6）将所有三角面片按照材质分类，将正方和反面材质相同或相反的三角面片分为同一类，将同一类三角面片作为与该类三角面片的正面和反面所对应的两类材质之间的分界面；

（7）与异质物体中任意一种材质相关的所有分界面构成该相应材质的边界面。

而对于三角形底面来说，在三角形底面中，斜边上的分隔点同时用于分隔边与面，即三条边上的分隔点已经足够分隔所有材质分布情况下的三角形底面，因此无需引入额外的位于三角形底面的分隔点。如此设计的好处在于尽可能的保证了三棱柱体素的连通性，代价是这将使得后续的环的生成过程变得复杂。

面分隔线将其所在面划分成若干个子区域，体分隔线将三棱柱分割为若干个子空间，根据各个面分隔线与体分隔线的形成，可以看出同一子区域以及同一子空间内仅包含一个角点或包含材质相同的多个角点。