任意拓扑变参数Hermite细分曲面及其六角形控制网络的绘制

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细分造型方法的实质是通过对初始多边形或者初始网格进行一系列的细化,细化的极限生成所需要分辨率的曲线或者曲面。细分曲面算法按照生成的控制点是否是极限曲面上的点可以分为三类:逼近型细分算法,插值型细分算法和混合细分算法。目前,大多数曲面造型方法都是单纯的逼近型或者插值型的方法。逼近型细分算法得到的曲面光滑度高,收敛速度快,但生成曲面相对初始网格体积收缩幅度大。插值型细分算法,生成的曲面相对初始网格体积收缩幅度小,但生成的曲面光滑度较差。高翠霞等提出的定常Hermite型细分是一种插值和逼近结合的算法。Hermite细分曲面很好地综合了逼近与插值的优点——不仅光滑性非常好,而且可以很好地控制曲面的形状。 Hermite细分曲面方法是Hermite细分曲线方法在三维空间的推广,从二维到三维空间问题复杂性的增加,使得对该算法的研究和完善还存在相当大的工作量。本文首先在定常Hermite细分曲面算法的基础上提出了变参数的Hermite细分曲面算法。变参数Hermite细分曲面算法在不同的细分层次,同层次的不同面片,甚至同一面片内都可以用不同的参数。因此变参数Hermite细分曲面算法可以生成更为复杂的曲面。文中给出了运用该方法将立方体初始网格细分成球面的例子。提出了Hermite细分曲面算法六角控制网格的绘制方法。控制网格的绘制方法对于实现Hermite细分曲面的交互设计具有重要意义——用户可以通过任意选取控制网格面片上的插值点位置,来改变Hermite细分极限曲面的形状。文中根据Hermite细分曲面算法的细分规则,将Hermite细分曲面控制网格面片分成了面控制面片和边控制面片两类,从而确定了控制网格数据的组织形式。通过总结控制面片顶点的连接规则,实现了Hermite细分曲面控制网格在OPENGL环境下正确的显示和消隐。 文中还针对任意拓扑初始网格的Hermite细分曲面方法进行了一些研究,内容包括:任意拓扑网格的Hermite细分曲面;带边界的Hermite细分曲面算法;以及初始四面体Hermite细分曲面控制网格绘制过程中出现的异常及其分析,并结合文中提出的变参数Hermite细分曲面算法对该异常进行了修正。最后给出了变参数Hermite细分曲面算法和六角控制网格绘制方法的计算机实现。
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