三维网格模型的八叉树体素化技术研究

"本文介绍了一种基于八叉树的三维网格模型体素化方法，旨在克服传统CAD系统在描述复杂内部属性方面的局限性。通过体素化，模型的表面几何和内部属性得以同时表达，体素是三维空间中的像素概念。这种方法在医学影像、流体力学、碰撞检测等多个领域有广泛应用。文章提到了几种不同的体素化方法，并指出所提出的方法在微机平台上即可高效执行，生成精确的26-邻接体素模型。" 在三维建模中，体素化是一个关键步骤，它将物体的几何形状转化为由立方体单元（体素）组成的体数据集，这样不仅可以表示物体的外表面，还能描述内部结构和属性。传统的CAD方法如构造实体几何法（CSG）、边界表示法（B-rep）等，往往局限于表面信息和单一材料的描述。而体素模型则能够解决这个问题，提供对模型内部密度、材料等属性的描述。 八叉树在体素化中的应用，是通过将三维空间划分为一系列的小立方体（体素），每个体素可以独立存储信息。八叉树是一种数据结构，每个节点有八个子节点，常用于三维空间的分割和索引，特别是在处理复杂模型时能有效减少计算量和存储需求。在本文中，作者提出的方法首先通过计算模型顶点的最大和最小值构建包围盒，然后基于此进行八叉树的构建和体素填充。 数据预处理阶段，确定了模型的边界，以此为基准创建包围盒，这有助于确定体素化的范围。包围盒的大小定义了体素化的空间分辨率。接着，利用八叉树结构，自底向上或自顶向下地遍历空间，将模型的几何特征分配到对应的体素中。这种方法的优势在于，能够在普通微机上实现，而不是依赖高性能的图形工作站，且能保证生成的体素模型具有较高的精度和26-邻接性，即每个体素与周围26个相邻体素直接相连。 文献中提到的其他体素化方法，如基于法向量函数、尺度空间理论和距离场方法，虽然速度快且精度高，但通常需要更强大的硬件支持。相比之下，本文提出的八叉树方法降低了硬件要求，提高了实用性，特别适合处理复杂的三维模型。 基于八叉树的体素化方法为三维模型的内部属性描述提供了解决方案，它在各种应用领域中都有广泛的应用潜力，包括但不限于医学图像分析、流体动力学模拟以及机械设计和制造。这种技术的发展对于提升计算机辅助设计和模拟的效率和准确性具有重要意义。