基于Voronoi最优平分图的网格生成方法研究
批准号:
62102174
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
肖艳阳
依托单位:
学科分类:
计算机图形学与虚拟现实
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
肖艳阳
中文摘要
本项目研究一种新型多边形/多面体网格的变分生成方法,旨在快速获得与给定张量场自适应的最优网格。首先,基于Voronoi剖分提出一种改进的区域划分结构,称为最优平分图(optimally bisected tessellation,简称OBT),为种子点之间的平分线/面引入带约束的旋转,来弥补Voronoi图表达各向异性能力不足的问题。其次,给出OBT在平面区域的存在性和凸性证明,并逐步推广到三维空间。通过转化为对Voronoi网格顶点进行带约束的平移优化,提出OBT的快速计算方法。最后,以该结构划分求解域,并基于分片逼近方法建立网格生成的目标函数,给出其关于种子点和网格顶点的显式梯度计算公式。交替地优化OBT网格顶点和种子点,并结合多种组合优化手段,以快速获得最优的网格结果。初步实验结果表明,我们的结果比现有方法具有更好的网格质量,且各向异性与输入更加吻合。
英文摘要
This project studies a new variational method for polygonal/polyhedral mesh generation, aiming to quickly obtain the optimal mesh adaptive to a given tensor field. Firstly, based on the Voronoi diagram, we propose an improved geometric structure for region partitioning, named optimally bisected tessellation (OBT), and a constrained rotation is added to each bisector of seed points to make up for the insufficient ability of the Voronoi diagram to capture anisotropy. Secondly, the existence and convexity of OBT in the 2D space are proved, and will be gradually extended to 3D space. An efficient algorithm is then developed to compute OBT through constrained translating optimization of the Voronoi mesh vertices. At last, an objective function of mesh generation is established based on piecewise approximation over the OBT dividing the given domain, and the explicit gradient formulas of the seed points and mesh vertices are given, respectively. We alternately optimize mesh vertices and seed points of the OBT, and multiple optimization techniques are combined with to find the optimal meshes quickly. Preliminary experimental results show that our results have better mesh quality and more consistent anisotropy to the input than existing methods.
将求解域离散成网格是许多应用的前置步骤,相较于各向同性网格,各向异性网格更有利于下游应用提高数值解精度和节省计算成本。然而,现有的各向异性网格生成方法普遍存在局限性,或适用范围有限,或耗时较高。本项目构建了一种新的各向异性网格快速生成框架,对其中涉及的关键技术进行了深入研究,取得了一系列成果。. 我们提出了基于函数逼近的网格生成方法,将网格生成建模成求解一个目标函数的最小值解,剖析了该目标函数的性质,建立了获取最优网格的基本路径。为了快速获取目标函数的最优解,我们对求解域如何划分进行了大量探索,提出一种新颖的区域剖分方式,提升了网格的各向异性表达能力。具体地,在Voronoi图的基础上,我们将种子点之间的中垂线加入到优化队列,并构造一个power图来最大程度地近似优化后的中垂线所对应的区域剖分。因此,目标函数的最小化过程需要频繁更新power图。由于现有power图构造方法过程复杂且效率不高,为了更快构造power图,我们提出了一种基于k最近邻的高效计算方法,并对其进行了改进,以适应该方法在GPU端并行环境。我们将提出的优化框架应用于图像逼近、有限元分析和点云处理等领域,取得了很好的实验效果。. 项目共发表学术论文8篇,其中中国计算机学会(简称CCF)推荐的B类期刊论文4篇,CCF推荐C类期刊论文1篇,SCI检索论文7篇,EI检索论文8篇;申请发明专利共3项。
国内基金
海外基金