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三维模型是一种广泛应用于计算机辅助设计、计算机图形学、计算机视觉等领域的数字媒体形式。随着网格模型数量的不断增加及数字几何处理技术的迅速发展,对已有网格模型进行分析、重用以及按照新的设计要求对其进行修改,成为网格模型处理的重要内容。本文基于三维网格模型样例,通过部件匹配与替换,进行了网格模型生成研究。 本研究主要内容包括:⑴基于层次结构实现部件匹配。对网格模型进行形状分析,包括模型归一化、接触分析与对称检测,接着设计了一种包含接触关系和父子关系的层次结构表示形式,根据部件的坐标位置信息构建模型的层次结构。根据重心最邻近原则,通过节点分配、删除与合并操作,对两个层次结构中的节点进行调整,实现节点由粗到细形成一对一匹配。⑵采用随机点距离统计分布进行部件匹配。利用统计分布来表征模型表面几何特征,通过计算模型表面任意两个均匀采样点的欧氏距离,统计落在每个距离区间内的距离个数,得到部件的统计分布直方图,通过直方图间的相似性比较,确定匹配的部件。对于一个部件与多个部件统计分布直方图相似的情况,结合部件间的重心距离进行部件匹配。⑶部件替换与接触处理实现模型生成。部件匹配后,采用逐步替换的方法,在层次结构的最后一层进行部件替换,实现生成中间模型由原模型逐渐过渡到目标模型;利用部件间的邻接关系对模型进行接触处理,采用平移变换,将部件平移到目标位置,确保重组后生成模型部件间合理接触。⑷基于上述模型生成方法的研究,开发了一个基于样例的部件替换及模型生成系统,对所研究的模型生成方法进行了实验,可以快速生成一系列与原模型在外观上有所不同,但具有类似对称和邻接结构的新模型。