摘要: 进入21世纪以来，数字几何处理研究取得了飞速的发展，无论是在学术界还是工业界都引起了足够的重视．数字几何处理是研究如何在计算机中处理三维几何数据的技术．而三维网格分割是其中非常重要的问题，它在参数化，三维形状匹配，多分辨率造型，网格... 展开 进入21世纪以来，数字几何处理研究取得了飞速的发展，无论是在学术界还是工业界都引起了足够的重视．数字几何处理是研究如何在计算机中处理三维几何数据的技术．而三维网格分割是其中非常重要的问题，它在参数化，三维形状匹配，多分辨率造型，网格简化、编辑、压缩等诸多几何处理领域中都有着重要的作用．随着数字几何处理领域的不断发展，网格分割技术的应用范围还在不断扩大，其中基于内容的形状检索主要是基于物体形状理解和基于语义的物体表示，这些都必须依赖于三维模型有意义的特征和结构提取．而“有意义”和特征提取都涉及到人类对物体形状的主观认知，是非常主观、难以度量的．因此，完全自动对网格模型进行分割是不太现实的，必须加入用户的交互信息来指导物体模型的分割过程．近年来，勾画式交互作为一种自然的人机交互方式，已经被成功应用到诸多数字几何处理领域中，特别是网格分割问题．随着网格分割技术的不断发展与成熟，已经有大量的算法被提出，然而如何为某些具体的应用选择适合的算法已经成为一项艰巨且耗时的任务．针对不同算法的性能进行评估最近已成为一个研究热点，吸引了很多研究者的注意．本文围绕着勾画交互式三维网格分割技术以及相关分割技术的评估展开了深入的研究，取得了以下丰富的创新性成果： 1．提出了一种基于网格上保特征调和场的前景/背景勾画交互式网格分割技术．该算法交互自然简单，用户通过鼠标只需在网格曲面上以勾画的方式大致标明希望获取的部位和抛除的部位，该技术就能从三维网格模型中提取出用户希望获取的有意义的部位．基于勾画的交互方式模拟了人们日常生活中的纸笔工作环境，容易让人操作和使用．网格上调和场可以在保持网格特征的基础上，对边界条件进行连续扩散．利用图分割技术，可以实现网格模型的分割．该技术能够在大量的网格模型上取得合理的分割结果，可以有效满足用户的分割意图． 2．提出了基于前景/背景勾画的交互式网格分割技术评估工作，广泛而深入地评估五种常用的交互式分割算法在精度、效率、稳定性等方面的性能．首先设计了一个勾画式交互分割技术评估系统，用户可以用鼠标在网格曲面上勾画指定前景和背景区域来进行网格分割，以便于在相同的环境下测试和评估各种交互式算法．然后创建了统一的评估数据库，其中每个模型都附带有一系列图片用于指导用户进行交互式网格分割．评估实验是通过大量用户的参与来完成的，每个用户都要依次使用各种交互式算法来完成预先分配的分割任务并填写一份简短的调查问卷．最后通过分析客观实验数据和主观问卷调查结果，分别阐述了各种算法的性能优劣，并针对各种算法特性提出了一些有价值的见解． 3．提出了一种基于边界勾画的交互式网格分割技术．基于勾画式交互界面，用户只需用鼠标在想要的分割边界附近随手勾画，不必在意勾画线条的准确方位，该技术就能自动返回满足用户意图的分割结果．首先基于自适应采样过程，得到了模型曲面上相应的前景/背景种子点对．然后以每对采样点对为边界条件来计算网格上的调和场，并通过加权平均的方式来计算网格上的联合标量场，提高了对不同用户输入的容错能力．最后基于标量场的等值线选取机制，确定了网格模型的分割边界．通过用户实验表明，该分割技术无论是在精度上、效率上、稳定性上，还是在直观性上、易用性上都优于其他的勾画式交互网格分割算法． 4．提出了基于勾画交互的形状分割技术评估工作，针对不同用户界面的交互式网格分割算法进行统一的性能评估和分析．首先设计了勾画式交互分割技术评估系统，集成了最近提出的四种不同用户界面的交互分割技术，以便于用户测试和评估各种交互式分割技术在精度、效率、稳定性等方面的性能．然后通过网页调查问卷的形式，收集用户主观上对各种交互式分割算法在易用性、体现用户意图、稳定性等方面性能的评估数据．基于层次分析法，通过定量指标计算和定性指标评估相结合的方式来分析用户对各交互式分割技术的主观感受和使用偏好．最后基于综合评估结果，深入分析和探讨各种用户界面的交互分割算法的特性，并为将来交互式系统设计提供一些有价值的参考． 收起