形状上下文保持二维变形及其图示可视化

图示可视化(Illustrativevisualization)融入艺术表达方法，将物体或对象的视觉特征直观地、抽象地表达出来，被广泛应用于医学教学、手术练习、流体模拟等领域。本文提出一种基于梯度域网格编辑的二维形变算法，并将其用于物体形变的图示可视化。本文的核心思路是将形状变形的问题转化为对二维微分网格的操纵，并用泊松方程进行求解。与前人方法相比，我们对传统的泊松网格编辑有如下改进：首先，引入了各向异性的物理特性，可以为不同区域设置x，y方向上不同的材质属性。这样既可以模拟骨骼的刚性，又可以模拟类似肌肉组织等在各向异性的弹性。其次，本文重点探讨了从已有图例中学习形状风格的方法，可以将参照图例的形状风格通过轮廓学习移植到目标图例中，这对于图例的再创作有重要的意义。最后，我们从生物形态学引入了形状上下文的概念，即用一系列关键特征点之间的相对位置描述不同物体之间的形状区别。通过形状上下文对变形的约束，本文方法可以在变形中保持对象的重要全局形状特征不变。实验结果表明，本文方法在视觉效果和物理真实度上效果理想，交互速度达到实时，用户操纵较常规的三维变形方法简单。专业医学图例艺术家对我们开发的系统给出了较高的评价。【关键词】：图例图示可视化图像变形微分网格泊松方程
【论文提纲】：摘要3-4ABSTRACT4-7第1章绪论7-151.1图示可视化简介7-81.2相关工作8-121.2.1计算机天生|教育论文网|科学可视化图例(Computer-GeneratedScientificIllustration)8-91.2.2基于样例的可视化和图形(Example-basedVisualizationandGraphics)91.2.3微分网格操纵(DifferentialMeshManipulation)9-101.2.4基于体操纵的图例(VolumetricManipulationBasedIllustration)10-111.2.5图像变形和操纵(ImageDeformationandManipulation)11-121.3论文的工作及结构12-151.3.1本文的主要工作12-141.3.2本文的结构安排14-15第2章微分网格处理原理15-242.1三角网格化15-172.1.1Delaunay三角化15-162.1.2带约束的Delaunay三角化16-172.1.3保形的Delaunay三角化172.1.4带约束的保形Delaunay三角化172.2网格微分表示方法的理论框架17-192.2.1网格上的场172.2.2离散微分算子17-182.2.3二维变换18-192.3微分网格操纵框架19-212.3.1网格的微分表示20-212.3.2微分属性的操纵212.3.3坐标的重建212.4泊松方程及边界条件21-242.4.1泊松方程21-222.4.2Dirichlet边界条件22-24第3章基于形状上下文的图示可视化算法24-313.1基于泊松的微分网格操纵24-253.2属性相关的泊松方程25-273.3保持形状上下文的变形27-31第4章二维形状风格学习31-344.1基于形状上下文的形状学习31-324.2基于区域轮廓的形状学习32-34第5章形状上下文保持的图例变形系统34-395.1流程先容34-385.1.1装入图片345.1.2构造区域轮廓34-355.1.3天生|教育论文网|网格355.1.4选取感兴趣区域35-365.1.5设置扩散方式36-375.1.6交互变形37-385.2系统用户界面38-39第6章实验结果与讨论39-436.1结果396.2失败的例子39-43第7章结论与展望43-467.1全文总结437.2实际应用反馈43-457.3未来工作展望45-46参考文献46-50攻读学位期间完成的学术论文50-51致谢51