点云模型阴影线条画的绘制

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1、原创性声明和关于论文使用授权的说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：吕蓬基日期：丝!!垒塑关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索

2、，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：墨痊态导师签名：么盈』互日1．1研究意义当奎銮兰罂圭兰簦鎏兰第1章绪论近年来，随着计算机图形学的不断发展，计算机显卡处理速度的不断提高和缓存容量的不断增加，计算机所表示的三维物体越来越复杂，其表面细节越来越丰富。在这种情况F，用网格模型作为三维物体在计算机内的表示遇到了一些困难。首先是数量庞大的多边形占用了非常多的存储空间，在网格模型中，不但要保存点的三维坐标，还要把点间的线、面关系表示清楚i其次，网格模型的获取过程日趋复杂。目前对物体表面进行采样时采样率

3、高，得到的采样点数量庞大，通常是几十万近百万个点。对于这样数量级的点进行网格化操作，无论在时间上还是空间上的代价都是非常大的。网格中的多边形数量多而面积小．在显示时一个多边形对屏幕的贡献还不足一个像素。于是人们想到了直接用三维物体表面的采样点构成的点云模型作为三维物体在计算机内的表示。通过三维扫描设备测量得到物体表面的三维坐标点集称为点云或点云数据，用点云数据所表示的模型就称为点云模型。图1显不了兔子的网格模型和点云模型。幽l兔子的两种表示方法。a：剐格模型；b：点云模型早在1974年，Catmull“”就提出模型细分的最终结果就是点表示，点是表示物体最直接的

4、元素。近年来，点云模型受到了越来越多的重视。与网格模型相比，点云模型有很多优点。首先其数据存储量小，仅需要保存点的三维坐标，数据结构简单。其次，点云模型的数据获取简单。随着三维扫描设备技术的革新，扫描得到的三维数据可靠性大大增加．用三维扫描仪获取的模型与场景的三维信息简单而可靠。第三，对于某些物体及现象的表示，比如火、烟雾、头发、羽毛等，相对于网格数据而言，用点元素建模不但速度快，而且可以得到更逼真的效果。山东大学硕士学位论文对点云模型进行处理时，无需维护拓扑一致性，对某些应削，采用点云模型比M格模型代价小。目前对点云模型的研究已经涉及到从重建、绘制、性质研究

5、i0应用的各个方面：”””””‘lSllz03,点云模型已经成为个热点研究领域。从20世}2,90年代开始，非真实感绘制作为图形学的另外一个分支，飞速发展起来。真实感强调的是“像”，“和照片一样”，它追求的是物体的精确表不和场景中光照教果的逼真的物理描述⋯1。而非真实感强调是人的理解，模拟手绘画的风格。它是用艺术式的绘制风格来生成物体的艺术或卡通化图像。图2显示了大卫头像的真实感和非真实感绘制效果。非真实感绘制有多种小同的风格，阴影线条画就是其中一种风格之一。它用阴影线来表现物体表面的形状、纹理和亮度等。图3显示了克莱因瓶的阴影线条画。阴影线在物体表面的走向表

6、现了物体的形状。不同粗细和密度的阴影线表现丁物体表面的亮度。物体表面的高光区没有线条，稍暗的区域是单阴影线，最暗的区域是交叉阴影线。亮度越小，阴影线就越密。阴影线有不同的宽度，通常用宽而省的阴影线来表示物体上最暗的区域。小同风格的阴影线表现了物体表面的纹理。阴影线条厕被广泛应用于动画、科技文献插剖、_L=业和建筑设计以及修理}册等。图2大卫头像的两种绘制方法。左图：真实感绘制；右图：非真实感绘制国3克菜园瓶的阴影线条面山东大学硕士学位论文目前已有很多在网格模型或光滑曲面上绘制阴影线条画的方法，但还没有在点云模型上绘制阴影线条画的系统工作。本文就是基于上述两点考

7、虑，绘制点云模型的阴影线条画。在点云模型上绘制阴影线条画与网格模型的过程相似，但由于点云模型缺少点间的拓扑关系，具体的处理操作要比网格模型复杂，也有很多的不同。点云模型阴影线条画的绘制要经过以下几个步骤：(1)生成模型的轮廓线，包括轮廓点的提取，去掉不可见的轮廓点，将轮廓点连成线；(2)计算模型表面的方向场，方向场要反映物体表面的形状信息；(3)根据点云模型上点的亮度确定单阴影线和交叉阴影线区域，在这些区域的方向场中进行流线跟踪，绘制阴影线。1．2相关研究介绍自从20世纪90年代“非真实感绘制”这个词被首次提出以来【511，非真实感绘制因为其独特的艺术表现力受

8、到了越来越多的关注。在诸多非真实感的风