基于實(shí)物模型的浮雕數(shù)字化設(shè)計(jì)理論與方法研究.pdf

1、浮雕在產(chǎn)品包裝、外形裝飾、紀(jì)念幣生產(chǎn)等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用和大量的市場(chǎng)需求?；?D圖形、圖像的浮雕設(shè)計(jì)方式建模過(guò)程復(fù)雜、模型表示直觀性差,難以勝任具有豐富細(xì)節(jié)的浮雕設(shè)計(jì)。近年來(lái),隨著3D數(shù)字化測(cè)量技術(shù)與數(shù)字幾何處理技術(shù)的不斷發(fā)展,使得利用3D實(shí)物數(shù)字化模型進(jìn)行浮雕設(shè)計(jì)成為 CAD領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文以離散微分幾何理論和數(shù)字幾何處理技術(shù)為基礎(chǔ),對(duì)基于實(shí)物模型的浮雕數(shù)字化設(shè)計(jì)理論和方法進(jìn)行了深入的研究,分別從浮雕的結(jié)構(gòu)形態(tài)和設(shè)計(jì)制作過(guò)程的角

2、度,提出了適合以3D實(shí)物數(shù)字化模型為設(shè)計(jì)起點(diǎn)的浮雕數(shù)字化定義,并據(jù)此展開(kāi)了對(duì)平面淺浮雕、曲面淺浮雕、線刻浮雕及浮雕重用設(shè)計(jì)的研究。
　　本文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如下:
　　1、針對(duì)平面淺浮雕的生成,在幾何信號(hào)的空域上提出了兩種方法:基于形狀特征分解的方法和基于微分坐標(biāo)變形的方法。前者利用Laplace-Beltrami算子和低通濾波將源幾何形狀分解為模型大樣和兩個(gè)尺度上的細(xì)節(jié),通過(guò)在各尺度上實(shí)施有針對(duì)性的壓縮實(shí)現(xiàn)浮雕生成,

3、算法效率高且生成的浮雕有很好的細(xì)節(jié)。后者利用微分坐標(biāo)這一曲面局部形狀度量,將目標(biāo)浮雕隱式地表達(dá)為滿足邊界約束條件的Poisson方程的最優(yōu)解。這兩種方法克服了已有從3D數(shù)字化模型設(shè)計(jì)浮雕需要重采樣的缺點(diǎn),實(shí)驗(yàn)表明在網(wǎng)格頂點(diǎn)數(shù)量相同的條件下,本文方法產(chǎn)生的浮雕效果優(yōu)于應(yīng)用重采樣方法得到的浮雕。
　　2、首次在頻域上展開(kāi)了對(duì)平面淺浮雕生成方法的研究,分別提出了基于曲面流形調(diào)和變換和基于Fourier變換的方法。前者以曲面流形調(diào)和變換的

4、特征函數(shù)為一組正交基,將源模型由空域變換到頻域,利用提出的幾何頻譜分割方法獲得低頻和高頻信號(hào),通過(guò)對(duì)各頻段信號(hào)的壓縮和流形調(diào)和逆變換實(shí)現(xiàn)浮雕生成。該方法對(duì)細(xì)節(jié)較少或網(wǎng)格分辨率較低的模型同樣可以得到較好的浮雕效果。后者通過(guò)Fourier變換和高通濾波在頻域?qū)崿F(xiàn)形狀壓縮,利用所提出的絕對(duì)變差函數(shù)進(jìn)一步檢測(cè)形狀的不連續(xù)位置并壓縮其深度,最終生成浮雕。該方法具有較高的時(shí)間效率,對(duì)具有較強(qiáng)邊緣特征的源模型生成的浮雕效果尤為突出。
　　3、提

5、出了一種保持細(xì)節(jié)的曲面淺浮雕設(shè)計(jì)方法。該方法將曲面浮雕的生成轉(zhuǎn)化為目標(biāo)浮雕曲面與背景曲面滿足一階幾何連續(xù)性約束的最小二乘問(wèn)題,在梯度域中對(duì)模型依次采用 Canny算子、雙邊濾波算子和非銳化掩模方法保持浮雕細(xì)節(jié),并通過(guò)約束條件的松弛因子控制浮雕在曲面上的立體感。該方法解決了浮雕在背景曲面上的光滑過(guò)渡問(wèn)題,得到的曲面淺浮雕不但很好地保持了源模型的細(xì)節(jié),且在算法給定的控制參數(shù)下具有很好的形狀可控性。
　　4、提出了一種線刻風(fēng)格的浮雕設(shè)計(jì)