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基于错分率和最终测量精度的三维网格分割评价方法

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基于错分率和最终测量精度的三维网格分割评价方法

作者：钊小娜辽宁师范大学

学位级别：硕士

近年来,三维网格模型分割研究已经取得了大量成果,但尚未出现通用的网格分割算法或基本理论,现有的网格分割算法均为面向具体的应用需求、针对特定的三维网格模型提出的,普适性低;另外,在处理特定应用中的特定网格模型时,如何从现有分... 详细信息

近年来,三维网格模型分割研究已经取得了大量成果,但尚未出现通用的网格分割算法或基本理论,现有的网格分割算法均为面向具体的应用需求、针对特定的三维网格模型提出的,普适性低;另外,在处理特定应用中的特定网格模型时,如何从现有分割算法中选取最有效的分割算法仍是一个未解的难题。三维网格模型分割评价方法的研究由此提出,其主要研究内容包括如下两个方面:首先,分析多个三维网格分割算法在分割同类网格模型时的性能,比较各类算法的优劣性,以帮助用户在不同的分割应用中选取最适用的三维网格模型分割算法;其次,利用三维网格分割评价所得的网格分割算法的优劣性来改进和提高现有算法的性能、改善已有算法的分割质量,进而可以进一步指导新算法的研究。本文的研究工作主要包括以下三个方面内容: (1)阐述了三维网格分割的研究背景和研究内容,回顾了三维网格分割的发展历程,并对已有的三维网格分割评价方法进行总结。 (2)通过对三维网格分割评价方法的分类比较,了解到三维网格分割评价方法是近几年才发展起来的分割评价技术。三维网格分割评价方法即可以指导用户在网格模型分割时选择最适用的网格分割算法,又可以指导新算法的研究,因而受到越来越多研究人员的关注,成为计算机图形学三维网格处理领域的研究热点之一。本文提出了基于错分率和最终测量精度的三维网格分割定量评价方法,这两种方法均由图象分割评价方法应用到三维网格分割评价工作中。 (3)本文提出的两种分割评价方法均利用Princeton三维网格模型分割库,通过判断采用自动分割算法得到的实际网格模型分割区域与手动分割的基准区域的匹配度来评价分割算法优劣,对当前七种应用范围较广的自动分割算法进行了定量实验评价。

关键词：三维网格分割网格分割评价算法分析性能评价

三维网格的Mean Shift并行分割算法

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计算机工程与设计 2013年第1期34卷 230-234页

作者：孙晓鹏荣丹辽宁师范大学计算机与信息技术学院辽宁大连116029 大连大学辽宁省先进设计与智能计算省部共建教育部重点实验室辽宁大连116622

为克服Mean Shift算法复杂度高、速度慢的缺点,提出了一种改进的三维网格模型Mean Shift并行分割算法。该方法基于Mean Shift的基本思想和GPU的高性能并行计算能力,基于离散测地距离的局部极值提取三维网格模型的显著特征点,自显著特征... 详细信息

为克服Mean Shift算法复杂度高、速度慢的缺点,提出了一种改进的三维网格模型Mean Shift并行分割算法。该方法基于Mean Shift的基本思想和GPU的高性能并行计算能力,基于离散测地距离的局部极值提取三维网格模型的显著特征点,自显著特征点开始并发执行Mean Shift算法,实现了有意义的分割。与同类算法相比,该算法提高计算运行效率、改善了分割效果。

关键词：均值偏移三维网格分割显著特征点 GPU并行计算

基于Mean Shift的三维网格并行分割算法

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基于Mean Shift的三维网格并行分割算法

作者：荣丹辽宁师范大学

学位级别：硕士

随着三维网格模型的数据规模日渐增大,高阶数字几何计算也日趋复杂,数字几何处理研究对相关算法的实时性要求也与日俱增。GPU的出现大大提高了相关工作的计算效率,并降低了显卡对CPU的依赖,使大部分图形处理工作从CPU中转移到GPU中;同时... 详细信息

随着三维网格模型的数据规模日渐增大,高阶数字几何计算也日趋复杂,数字几何处理研究对相关算法的实时性要求也与日俱增。GPU的出现大大提高了相关工作的计算效率,并降低了显卡对CPU的依赖,使大部分图形处理工作从CPU中转移到GPU中;同时GPU的高性能、高精度的并行计算也为数字几何处理工作提供了有力的支持。三维网格模型分割是数字几何处理中重要的基础研究问题之一,它在网格简化、压缩和编辑、纹理映射、形状匹配、参数化和动画变形等很多领域中都有着广泛的应用,通过对三维模型的分割,降低了相关算法的复杂度。目前国际国内提出的三维分割算法均存在不同程度的缺陷,如存在过分割、分割边界无意义等问题,在运算速度和分割精度方面也同样存在着不足。现有的三维网格分割算法多数源自图像分割算法,如分水岭算法、k均值聚类算法、层次聚类算法、谱系聚类算法等,在三维几何空间的分割问题上均有很好的推广应用。Mean Shift算法是一种无参的核密度梯度估计方法,算法简单无需预处理、实时性好,处理目标变形等问题较为健壮,在视频跟踪、视频信号分析、图像分割等应用中有较好表现。本文基于串行的Mean Shift分割算法,以及GPU的高性能并行运算特点,提出了一种新的三维网格模型快速分割算法,克服了传统串行Mean Shift算法复杂度高、速度慢的缺点。该方法首先基于离散测地距离的局部极值提取三维网格模型的显著特征点,然后从显著特征点开始并发执行Mean Shift算法,对于局部曲率分布较为复杂而产生的过度分割问题进行了后处理,从而实现了具有一定分割质量的快速分割结果。与同类算法相比,本文方法在保证分割质量的前提下,提高了分割速度。

关键词：三维网格分割显著特征点均值偏移 GPU并行计算快速分割

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三维网格模型分割及其在检索中的应用

三维网格模型分割及其在检索中的应用

作者：宋晓慧辽宁师范大学

学位级别：硕士

随着三维扫描技术和计算机图形学的发展以及三维模型数量的快速增加,三维网格模型分割技术已经成为近年来的一个热门的研究课题,并被广泛地应用于计算机图形学的许多领域中,如:计算机动画、三维变形、网格压缩、纹理映射等。但目前该技... 详细信息

随着三维扫描技术和计算机图形学的发展以及三维模型数量的快速增加,三维网格模型分割技术已经成为近年来的一个热门的研究课题,并被广泛地应用于计算机图形学的许多领域中,如:计算机动画、三维变形、网格压缩、纹理映射等。但目前该技术仍然存在很大的挑战:(1)没有统一的三维网格分割技术的评价标准。近年来,为了模仿人类视觉感知,多数研究者追求有意义的分割。然而,人类的视觉感知又是错综复杂的;此外,没有统一的分割模型,不同的分割算法选用各自的分割模型,不能直观的比较分割结果;这些都使得有意义的分割具有很大的主观性。符合人类视觉感知的有意义的三维网格分割算法仍是一个难题。(2)基于语义的分割算法。得到基于语义的分割结果,而不仅仅得到模型的某个部分(例如:腿、胳膊等)。(3)三维网格分割技术的应用领域。寻找网格分割技术的应用领域,解决具体的应用问题。不同的分割算法适合不同的应用,根据现有的算法,寻找相应的应用领域也是一个挑战性的问题。本文围绕三维网格分割技术展开研究,主要针对三维网格分割算法的应用领域,结合三维网格模型的检索技术所存在的问题,提出一种新的基于交互式分割的部分模型检索方法。现有的检索技术还主要是针对于单个模型之间的比较,而在模型设计、形状修复等应用领域中通常只需要模型的某个部分。如何从相似或不同种类的模型中检索出模型的某个特殊的组成部分,仍然是一个难题。基于特征统计的方法虽然得到较好的检索结果,但是不满足局部匹配,因而无法实现局部的检索;基于骨架提取和基于图的方法,虽然满足局部的匹配,但是对三维模型的结构要求比较严格。由此,本文提出了基于交互式分割的部分模型检索方法。首先采用交互式的分割方法,得到满足用户需求的部分模型,将这些部分模型组织成一个小型的部分模型库;然后利用改进的形状分布方法提取部分模型的形状特征,得到模型的局部匹配;最后,利用PDF ? L1标准得到部分模型之间的匹配度,从而实现部分模型的检索。实验结果表明,我们得到较好的检索结果。

关键词：三维网格分割特征提取相似性度量部分模型检索

三维网格模型分割的研究及其在人体测量中的应用

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三维网格模型分割的研究及其在人体测量中的应用

作者：刘巧雪东华大学

学位级别：硕士

近年来,三维网格模型分割成为计算机图形、图像学的研究热点,越来越多的研究者深入网格分割领域,促使分割技术不断发展,但现有的网格分割方法大多不能完全适用于不同种类的模型,这些三维分割算法或多、或少存在各自的分割缺陷。仅仅利... 详细信息

近年来,三维网格模型分割成为计算机图形、图像学的研究热点,越来越多的研究者深入网格分割领域,促使分割技术不断发展,但现有的网格分割方法大多不能完全适用于不同种类的模型,这些三维分割算法或多、或少存在各自的分割缺陷。仅仅利用传统形状直径函数的三维分割算法,存在计算量大、无法较好的适应复杂模型等缺点。为了使三维分割能够较好的适用于不同类别的模型,提高分割速度、增强分割鲁棒性和提高模型分割准确度等,本文结合谱聚类、相互可见性和形状直径等多种技术,提出了一种结合表面偏移形状直径的三维网格模型分割算法,本文提出的方法在正确性和鲁棒性等方面优于大多现有的方法。本文首先利用光谱聚类对模型进行过分割预处理,然后基于平面误差度和相互可见性进行过分割块的初次合并,并且为了进一步提高合并准确性,最后结合表面偏移的形状直径进行再次合并,以得到最终的分割结果。为了验证本文分割算法的有效性,将本文分割算法对人体分割的结果应用于三维人体测量,通过对不同的分割部位采用不同的测量方法计算围度尺寸,与人机交互测量软件测量结果对比分析,证明了本文方法的有效性。本文完成的主要工作有以下几点:（1）为了提高计算模型上网格顶点之间距离的准确性,本文将网格模型的测地距离和三角面片所形成的角距离相结合,求其均值来表示模型网格曲面上任意两顶点的最近距离。然后基于谱方法计算相应的特征矩阵,对其最小的K个向量进行K-Means聚类,输出过分割模型结果。利用平面误差度和相互可见性来合并相邻过分割子块（包括合并近似平面片的相邻过分割块和基于可见度合并的相邻过分割块）。（2）为了进一步提高合并结果的准确性,克服传统形状直径计算速度较慢、对复杂模型的适应性较差的问题,本文提出一种结合表面偏移的形状直径的分割算法,基于初次合并后的表面偏移形状直径,构建直方图,计算其相似度,再次合并未被正确合并的区域,得到最终网格模型的分割结果。（3）利用普林斯顿提供的三维模型分割评价标准对本文的分割算法进行评估验证,将多种分割算法与本文算法对比,利用多种数据集进行验证,分别从视觉定性角度和定量角度进行评估,均可证明本文分割算法的有效性。并且将本文分割算法应用于人体模型,采用椭圆拟合等方法对人体分割结果进行围度测量,与交互式测量软件测量结果进行对比,也表明本文测量结果有较高的精度。

关键词：三维网格分割相互可见性形状直径围度测量椭圆拟合

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勾画式三维网格模型的分割与编辑

勾画式三维网格模型的分割与编辑

作者：王隽浙江大学

学位级别：硕士

在数字几何处理中，如何便捷有效地对三维网格模型进行编辑，一直是研究工作者和动画设计师们关注的课题。正像图像分割在图像分析和理解中扮演的角色一样，三维网格分割在三维网格建模和编辑中也起到重要作用，有助于进行纹理合成、形... 详细信息

在数字几何处理中，如何便捷有效地对三维网格模型进行编辑，一直是研究工作者和动画设计师们关注的课题。正像图像分割在图像分析和理解中扮演的角色一样，三维网格分割在三维网格建模和编辑中也起到重要作用，有助于进行纹理合成、形状分析、识别匹配、建模和渐变等应用。在图形学领域中，许多研究工作围绕自动分割算法进行，但是在某些特定应用中，诸如模型特定部分的编辑、模型渐变、建模等，自动分割算法无法满足用户的特定需求;在这种情况下，交互式分部分割方法显得尤为重要。本文提出一种交互式分部分割算法，能够帮助用户从三维网格模型中提取有意义的部分。用户使用勾画线的方式确定前景和背景种子面片，接下来系统分别指定前景和背景种子面片的标量值，并通过求解一个方程组得到模型所有面片的标量值，然后借助k-means聚类方法，得到分割边界的标量值并利用该值追踪出一条等值线，就是我们得到的初步分割，分割结果还可以进行优化和修正。在三维网格分割算法的基础上，我们设计了一个对三维网格模型进行几何编辑的系统框架，并在该框架中实现了几何变形、模型拼接、模型渐变等功能。在几何变形的处理流程中，首先通过分割确定模型的待形变部分，然后用户设定形变参照勾画线和目标勾画线来控制模型的待变形部分，接着通过求解一个泊松方程，得到形变后的模型姿态。模型拼接操作主要有载入模型、进行分割、设定关键顶点、模型拼合、连接区域光顺等几个步骤。在模型拼接的基础上，还可以对序列模型分割下来的部分进行模型渐变，从而形成更多的结果姿态。由于不需要计算测地距离，我们的模型分割算法求解速度较快，具有较广泛的适用性，不仅可以分割单个模型，而且可以分割序列模型。实验结果表明，我们的勾画式三维网格分割与编辑框架交互方式简单直观，结果模型自然平滑，具有较高的时间和空间效率。

关键词：三维网格分割几何变形模型拼接模型渐变

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基于三维网格的人脸分割

软件导刊 2017年第2期16卷 166-167页

作者：汪宇轩段明秀邹海樟李玉婷吉首大学信息科学与工程学院湖南吉首416000

三维网格分割技术是处理数字几何的重要手段,在人脸识别领域作用较大。在介绍三维网格定义的基础上,对常见的分割算法进行简要综述。针对其它分割算法存在的不足,采用基于区域生长型的分水岭算法,并且结合人脸实例,对不同人脸进行分割... 详细信息

三维网格分割技术是处理数字几何的重要手段,在人脸识别领域作用较大。在介绍三维网格定义的基础上,对常见的分割算法进行简要综述。针对其它分割算法存在的不足,采用基于区域生长型的分水岭算法,并且结合人脸实例,对不同人脸进行分割实验。结果表明,该算法能够很好地克服过度分割现象。

关键词：三维网格分割分水岭分割算法区域生长型算法人脸识别

虚拟手术中三维骨组织分割及碰撞检测技术研究与实现

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虚拟手术中三维骨组织分割及碰撞检测技术研究与实现

作者：于宏亮西北大学

学位级别：硕士

本课题得到了国家自然科学基金“计算机辅助三维整形外科手术计划与预测关键技术研究”(N60573179)项目支持。随着计算机处理技术的发展，利用计算机辅助整形外科手术计划和结果预测已经成为了整形外科的发展方向。利用多种医学影像数... 详细信息

本课题得到了国家自然科学基金“计算机辅助三维整形外科手术计划与预测关键技术研究”(N60573179)项目支持。随着计算机处理技术的发展，利用计算机辅助整形外科手术计划和结果预测已经成为了整形外科的发展方向。利用多种医学影像数据，采用虚拟现实技术，通过在计算机中建立的整形手术模拟平台对外科手术进行计划及预测已经越来越受到人们的关注。本文介绍了计算机辅助整形手术计划和预测系统的应用前景及国内外现状，并在研究了建立手术计划虚拟环境要素的基础上提出了快速空间拾取及三维骨组织分割的算法及实现思路，并且对碰撞检测技术进行了深入研究，最终在这些研究的基础上实现了具有三维骨组织分割及碰撞检测功能的三维手术计划虚拟环境平台。本文的主要研究内容包括：1．针对虚拟环境中大量三维模型同时存在，且模型由大量的三角面片构成的特点，提出采用网格划分方法对空间拾取算法进行改进，对拾取前的模型进行预处理，快速剔除不可能发生拾取的体元，缩小精确运算范围。实验证明本算法有效提高了拾取速度。2．根据三维模型的特殊性：体素为三角面片，提出了一种三维骨组织的分割算法。算法通过对平面任意多边形的凸分割算法的应用，实现了模拟手术刀的骨组织任意分割，较好的克服了当前分割技术中切口多成简单几何形状的缺陷。3．实现了碰撞检测功能。分析了当前已有的碰撞检测技术，针对三维模型形状不规则的难题和方向包围盒OBB算法在包围盒方向上具有任意性的特点，采用该算法实现了系统中三维模型碰撞检测的功能。4．根据以上的研究，本文设计实现了计算机三维虚拟外科手术操作平台“SurgeryOperSystem”。该系统具有快速空间拾取，三维骨组织分割，三维模型碰撞检测功能，在计算机辅助整形外科手术计划和预测方面，具有一定的应用价值。

关键词：空间拾取三维网格分割多边形凸剖分碰撞检测 OBB

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基于机器学习的三维模型分割算法研究

基于机器学习的三维模型分割算法研究

作者：董孙俊云南大学

学位级别：硕士

近几年,三维网格模型的分割技术在计算机图形学领域有了很大发展,并成为研究的热门课题。在三维图像技术和三维扫描技术的推动下,三维网格模型被广泛的应用到三维数字动画、虚拟现实技术、真实感造型等研究领域,成为数字几何建模的常用... 详细信息

近几年,三维网格模型的分割技术在计算机图形学领域有了很大发展,并成为研究的热门课题。在三维图像技术和三维扫描技术的推动下,三维网格模型被广泛的应用到三维数字动画、虚拟现实技术、真实感造型等研究领域,成为数字几何建模的常用模型。在三维网格模型研究领域,有许多技术如几何建模、骨骼提取、网格变形、动画、纹理映射等需要将网格分割为几个区域。因此,三维模型分割在三维网格算法中扮演了重要的角色。本文提出了一种基于机器学习的三维网格分割算法,使用二元分类的方法对手动分割的三维网格模型数据进行学习,得到边界边缘函数,然后用学习得到的边界边缘函数对数据库外的三维网格模型进行测试,来检测候选的边界边从而得到分割边界区域。然而得到的边界区域往往由许多边界边构成,而并非能形成单一环状的分割线,因此我们提出了一个处理流程来对所得到的边界区域进行优化并得到最终的分割边界。首先,在机器学习阶段,利用手动分割得到的分割边界特征边和非边界特征边作为机器学习的正反集合,使用二面角、主曲率、高斯曲率、平均曲率、衍生曲率、形状直径等特征来构建边的特征向量,通过Adaboost分类器学习得到边界边缘函数,从而对输入的三维模型进行分割区域检测。其次,根据得到的边界区域,通过区域细化、对开口的分割线进行闭合,以及分割线去噪、去锯齿等优化处理得到最终的分割线。根据得到的分割线对分割区域打标签得到各个独立的分割区域。最后,根据普林斯顿大学提供的三维网格分割的评价标准来对分割结果做评价。实验结果表明,基于学习的方法可以对三维模型进行分割并得到比较好的分割结果。

关键词：三维网格分割三维网格特征分析分割线优化机器学习