[发明专利]三维模型过渡面的重建方法及系统

说明书

本发明涉及一种三维模型过渡面的重建方法及系统，所述三维模型过渡面的重建方法包括：基于MRF的第一能量函数，对待处理三维模型的表面进行粗分割，得到三个类别；基于K‑means，在第一过渡面集合和二次曲面集合内聚类，得到聚类集合；通过统计分类方法，根据聚类集合及第一过渡面集合，得到第二过渡面集合；基于MRF的第二能量函数，根据聚类集合及第二过渡面集合，将待处理三维模型的表面划分为五个二次曲面类别；根据第二过渡面集合及二次曲面类别，确定过渡小球的半径和滚动轨迹；根据过渡小球半径表示形式，对所述过渡小球的滚动轨迹进行修正，从而准确得到待处理三维模型的过渡面参数模型。

技术领域

本发明涉及计算机图形处理技术领域，特别涉及一种基于马尔可夫随机场的三维模型过渡面的重建方法及系统。

背景技术

3D扫描和多视图重建技术的提升使获取具有高分辨率及复杂性的3D几何结构变得更加容易。虽然获得的几何模型通常由原始3D数据（例如，点云或三角网格）表示，但准确地分割此类模型并恢复原有结构对于成功地理解它的形状和进行高级模型处理（例如几何压缩、混合形状表示、逆向工程）至关重要，并且面对模型重建的目标这也是一个不可避免的步骤。

研究者们已经提出了许多网格分割和形状恢复方法来找到给定模型的简单且可信的近似表示。现有方法根据其所采用的理论可以基本上分为几种类型：贪心方法构建基于局部线索的启发式方法，当算法达到收敛时可以获得多个聚类。而变分方法交叉进行分割和拟合来获得输入表面的最佳几何代理。除此之外，还有另一种流行的方法，通过能量函数的引入为表面元素打上标签，以此来进行预分割的操作并极大地加快了表面拟合的过程。

尽管先前的方法可以很好地处理包含简单图元（例如，平面，圆柱体，球面或二次曲面）的模型上的分割，但它们不能在包含过渡面（在设计阶段由小球在与两个基准面相切的条件下沿固定轨迹滚动生成）的模型上产生令人满意的结果。而在CAD系统下设计出的机械零件经常会含有过渡面。此外，面对含有过渡面的输入模型，原有方法在二次曲面区域和过渡面区域的分割结果都不能令人满意。

在原有的工作中，很少有可以从3D点云数据和网格曲面中恢复等半径过渡面。而可以做到的方法基于两个基本步骤，包括半径估计和小球滚过的轨迹重建。半径估计使用平均主曲率来估计过渡半径和初始轨迹上关键节点的位置，然后迭代优化这些位置，最后通过插值重建出这条轨迹线。然而，曲率估计这一步骤既缓慢又不准确，这进一步导致后续步骤的累积计算误差变得较大。其次，它们无法处理在两段过渡曲面发生相交的交叉区域这样的复杂形状。此外，这些方法还假定了输入的过渡面是已经被预先分割好并且相邻两个基准面是已知的。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了提高三维模型过渡面重建的准确性，本发明的目的在于提供一种三维模型过渡面的重建方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下方案：

一种三维模型过渡面的重建方法，所述三维模型过渡面的重建方法包括：

基于马尔科夫随机场MRF的第一能量函数，对待处理三维模型的表面进行粗分割，得到第一过渡面集合、二次曲面集合和二噪声曲面集合三个类别；

基于K均值聚类算法K-means，在所述第一过渡面集合和二次曲面集合内聚类，得到聚类集合；

通过统计分类方法，根据所述聚类集合及第一过渡面集合，得到第二过渡面集合；

基于马尔科夫随机场MRF的第二能量函数，根据所述聚类集合及第二过渡面集合，将所述待处理三维模型的表面划分为平面、圆柱面、圆锥面、球面和其他二次曲面五个二次曲面类别；

根据所述第二过渡面集合及二次曲面类别，确定过渡小球的半径和滚动轨迹；

根据过渡小球半径表示形式，对所述过渡小球的滚动轨迹进行修正，得到小球滚动修正轨迹，所述小球滚动修正轨迹为所述待处理三维模型的过渡面参数模型。