细分曲面傅孝明 SA11010065. 目录细分曲面的基本思想两个关键问题一些基本概念几种简单的细分曲面算法细分曲面方法分类.

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细分曲面傅孝明 SA

目录细分曲面的基本思想两个关键问题一些基本概念几种简单的细分曲面算法细分曲面方法分类

目录细分曲面的基本思想两个关键问题一些基本概念几种简单的细分曲面算法细分曲面方法分类

细分曲面的基本思想从初始的控制网格开始，按照一定的细分规则插入新点，经过反复迭代细化，生成极限光滑曲面。

例子

细分过程

细分结果

细分过程......

细分曲面：网格序列化的极限细化规则：怎样产生新的点？反复细化：停止条件？极限存在？

目录细分曲面的基本思想两个关键问题一些基本概念几种简单的细分曲面算法细分曲面方法分类

两个关键问题规则怎样构造分裂规则，用于产生新的控制网格？极限给定了分裂规则，细分最后会收敛吗？如果收敛，怎样保证极限曲面的平滑性？

目录细分曲面的基本思想两个关键问题一些基本概念几种简单的细分曲面算法细分曲面方法分类

基本概念网格：拓扑连接关系 K+ 几何位置 V 三角网格 (triangle mesh) 四边形网格 (quadrilateral mesh) 任意多边形网格 (arbitrarily polygon mesh) 边界边，点，面开 / 闭网格规则点 Regular Vertex/ 奇异点 extraordinary vertex

控制网格控制网格 (control mesh) ：网格细化过程中产生的网格。初始控制网格就是输入的网格。

细分过程拓扑分裂如何增加新的点，产生新的拓扑结构几何平均计算新添的点和原始点的几何位置

拓扑分裂基于面的分裂 (primal split)- 基本分裂在原始网格的边和面上插入新的点进行剖分。基于顶点的分裂 (dual split)- 对偶分裂将内点分裂成 N( 度,valence) 个顶点，与之相连的每个面上生成一个顶点。

三角形网格基本分裂

四边形网格基本分裂

对偶分裂对于控制网格中的每个顶点，将所有与这个顶点相关的新分裂出的顶点连接构成的面。 V- 面对于控制网格中的每条边，两个端点分裂时在两个相邻面产生对应的四个新顶点，连接这四个顶点构成的面。 E- 面对于控制网格中的每个面，依次连接这个面的每个顶点对应的新顶点，所构成的面。 F- 面

对偶分裂

几何平均平均算子 (mask) ：根据前一个网格的点的位置计算新插入的点的位置。

Mask of an example

细分曲面的极限性质

目录细分曲面的基本思想两个关键问题一些基本概念几种简单的细分曲面算法细分曲面方法分类

Doo-Sabin 拓扑规则：顶点分裂。  控制网格上每个面的顶点都将在此面上产生一个新的顶点。  如何连接新产生的点，构成一次细分？

拓扑分裂

Doo-Sabin

算法流程对原始网格的每个面计算新点。对每个原始顶点，建立 V- 面；对每个原始边，建立 E- 面，对每个原始面，建立 F- 面。计算新面和新顶点的法向。算法结束。

算法实现存储结构：对每个面存四个新点，并且和面上原来的每个顶点对应以来。生成新的面：  对于每条边，可以获得相邻的两个面。对于这个边的两个端点，可以获得两个面对于这两个顶点的四个新顶点，连接这四个新顶点构成一个新的面。注意四个连接点的顺序，注意法线方向。  对于每个面，按照右手法则直接连接各新顶点形成新的面。  对于原顶点，按照右手法则连接和它对应的所有顶点形成新的面。

E- 面 (Halfedge)

Doo-Sabin 的光滑性

Catmull-Clark 初始控制网格：四边形网格。拓扑分裂：面分裂， 1-4 分裂。  每个面产生一个新的控制点 (F- 顶点 ) ，每条边也产生一个新的控制点 (E- 顶点 ) ，每个顶点从新计算它的位置 (V- 顶点 ) 。  如何连接新产生的点，构成一次细分？

拓扑分裂

Catmull-Clark

Mask ：

算法流程 1 对原始网格中的点，面，边计算新点的位置。 2 连接新面点到对应多边形的新边点，连接新顶点到它各邻接边的新边点。 3 计算新面和顶点的法向。 4 算法结束。

算法实现存储结构：对每个点存新顶点，对每条边存新边点，对每个面存新面点。对于原始结构的每个面，连接面新点和其中的一个新边点，按右手守则连接新顶点，最后按右手守则连接新边点。对四条边，都做上述的过程，会得到四个新面。

Catmull Clark 的光滑性

Loop 初始控制网格：三角形网格。拓扑分裂： 1-4 三角形分裂。  每条边计算生成一个新的 E- 顶点，每个顶点计算新的位置。  如何连接新产生的点，构成一次细分？

拓扑分裂

Loop

Mask ：

算法流程算法结束。计算新面和新顶点的法向。连接新顶点到其相邻边的新顶点，连接新边点到它邻边的新边点。对原网格中的顶点和边计算新点。

算法实现存储结构：对每个点存新顶点，对每条边存新边点。对于原始结构的每个面，选择其中的一个边，连接它的新点和沿边按照右手准则得到顶点的新顶点，最后连接沿边按照右手准则得到的边的新顶点。做成一个循环就形了。连接所有的边节点形成一个面。

Loop 的光滑性

改进的 butterfly 初始控制网格：三角形网格。拓扑分裂：和 Loop 的基本一致， 1-4 三角形分裂。  在每条边上计算新的边顶点，原来的顶点不变。  连接方式和上述 Loop 算法一致。

拓扑分裂

改进的 butterfly

Mask:

算法流程计算原始网格上的每条边的新点。连接原顶点到其相邻边的新顶点，连接新边点到它邻边的新边点。计算所有面和顶点的法向。算法结束。

算法实现存储结构：对每条边存新边点。对于原始结构的每个面，选择其中的一个边，连接它的新点和沿边按照右手准则得到顶点 ( 原 ) ，最后连接沿边按照右手准则得到的边的新顶点。做成一个循环就形了。

Modified butterfly 的光滑性

初始控制网格：三角形网格。拓扑分裂：对每个三角形面插入一个新顶点并且从新计算新的顶点新顶点与三角形的三个顶点及相邻的三角形的新顶点相连最后去掉原三角形的内部边

细分过程：

算法流程对原网格中的每个面和每个点，计算新点。 1 连接新面点和新顶点，连接相邻三角形的新面点。 2 计算所有面和顶点的法向。 3 算法结束。 4

算法实现存储结构：对每个点存新顶点，对每个面存新面点。对于每个边，可以获得两个相邻面，获得它们的新面点。对边的两个端点，分别将其和两个新面点连接，注意右手准则，使法向朝外。

目录细分曲面的基本思想两个关键问题一些基本概念几种简单的细分曲面算法细分曲面方法分类

逼近型和插值型