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变形技术作为计算机图形学技术的研究热点之一,在数字技术、工业设计、虚拟现实、医学可视化、人脸检测等方面都有广泛的应用。
本文以半边数据结构作为模型的数据结构基础,对基于广义坐标系统的空间变形系列算法的性质进行研究对比,最后以基于格林坐标的空间变形技术的理论和技术为基础,提出基于特征点空间变形的脸部还原技术。
网格变形研究方向众多,较为成熟的技术包括自由变形、多分辨率变形、空间变形等,其中空间变形由于适用于任意的形状表示而在实际中应用较多。空间变形方法是对物体所嵌入的空间进行变形,从而引导物体本身的变形,而不是对物体本身进行变形。基于广义重心坐标的空间变形作为空间变形的分支之一,将物体的变形定义为所嵌的框架空间的顶点的重心坐标方程的线性组合,具有计算简单、快速、免于离散误差等优点。
脸部还原技术是医学、人类学、刑侦学等专业领域中重要的研究领域。传统的脸部还原技术不论是人工作业或者引用计算机技术进行辅助,在人力和时间上的耗费都比较大,并且在还原过程中也大多需要依赖参考模型数据库。本文根据实际医学头骨CT数据,对头骨的等值面进行提取作为研究的头骨和脸部的数据基础,结合Manhein系统的人类学研究特征点集合以及特征点高度的软组织数据,通过度量特征点集合变形前后的坐标变换,以格林坐标系统为基础,实现了基于特征点变形的脸部还原技术,从而得到符合头骨医学特征的计算机辅助结果。
结合本文算法,以Qt与Coin3d开发包为工具设计并实现了以空间变形推动的脸部还原算法为基础开发的Face Reconstruction脸部还原系统,具有应用简便、结构清晰的人机交互界面,可以为医学、刑侦、考古等需要进行头骨的脸部还原的专业领域提供计算机辅助作用。