非固定边界网格参数化(ARAP)

非固定边界的网格参数化方法。

   记录自己的实现过程,一方面可能对其他人有用,另一方面自己保存。

1、首先实现固定边界的网格参数化方法,参考如下论文

M. Floater. Parameterization and smooth approximation ofsurface triangulations. CAGD, 1997.

2、非固定边界的网格参数化方法,先看如下论文:  

 Ligang Liu, Lei Zhang, Yin Xu, Craig Gotsman, StevenJ. Gortler. A local/global approach to mesh parameterization. Computer GraphicsForum (Proceedings of the Symposium on Geometry Processing (SGP '08)),1495-1504.

 从论文中可以得出对参数化后坐标U的求解实际上就是最小化如下能量函数,包含Lt和U两个未知参量:

     
  • 求解Lt :首先将原三维网格中的三角形(1,2,3.... t)进行全等变换到平面上,每个三角形单独变,不需要考虑彼此之间的坐标,得到Xt(Xt0,Xt1,Xt2)是三角形每个点全等变换后的坐标。这里Xti(i=0,1,2)都是2*1的矩阵,代表三角形在二维平面的坐标。然后取第一步中固定边界参数化的方法得到的二维平面结果Ut (Ut0 , Ut1, Ut2)为启动的坐标,此时对每个三角形t我们分别有Xt 和 Ut这两种坐标,从Xt到Ut对应着一个jacobi变换矩阵Jt,对每个三角形都是不同的,所以对每个三角形进行单独求解。求解方法如下:

       

         对应的每个符号的意义论文中相应位置都由解释。

         将St(u)进行SVD分解

             

        再计算对应的Lt

              

  • 求解U:  

       将能量函数用半边数据结构进行描述得到

       

    然后将上式对U求导得到:

   

   然后按此式构建相应的稀疏矩阵方程组即可。


  • 加入加权系数:

      此时能量函数的表达为:

      

其中

        

 然后按论文中附录的方法进行求解at,bt,然后用a b构成的矩阵将Lt换掉即可。

结果图:

                     

注意:若没有得到相应的结果,将C2表达式中的‘+’换成‘-’,C3中的‘-’换成‘+’,因为感觉论文中不应取(a,b;-b,a)

作为变换矩阵,而是取(-a,b;b,a)。

此外

关于initialparameterization 取值对结果没有影响的思考:

   不同的参数化得只是到的jacobi矩阵Jt不同,将Jt进行SVD分解后,只取了U和V来得到Lt,而控制矩阵“膨胀”比的奇异值被舍去或者进行取平均,相当于消去了不同参数化方法中不同的部分只保留了相同的部分,所以最终的结果基本相同。



   

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