展望
三维模型分割（下）
关键词：三维模型分割
三维网格模型分割应用
三维检索中的网格模型分割算法
随着万维网的发展，在三维VRML1数据库中寻找一个与给定物体形状相似的模型的应用需求正变得越来越广泛，比如：计算生物学、CAD、电子商务等等。形状描述子和基于特征的表示是实体造型领域中基本的研究问题，它们使对物体的识别和处理变得容易。因为形状相似的模型有着相似的分割，所以基于分割的形状描述子可以用于形状匹配。
2002年毕斯乔夫[37]提出从三维模型分割得到的椭球集合中得到的某种统计信息（比如椭球半径的平均方差或者标准方差，以及它们的比率）。由于这些信息在不同的形状修改中都保持不变，因此可以作为一种检索特征。但是这个想法没有得到严格的理论或者实验证明。
2002年，扎克伯吉[65]在一个拥有388个VRML三维网格模型的数据库上进行检索。首先他们将三维网格模型分割为数目不多的有意义的分割片。然后评价每一个分割片形状，确定它们之间的关系。为每个分割片建立属性图，看作是与原模型关联的索引。当在数据库中检索与给定网格模型相似的物体时，只是去比较属性图相似的程度。
该方法检索结果的精确性较差；分割片属性图比较采用图同构的匹配，计算量较大，且是一个很困难的问题；从实验结果看，分割效果显然还不够有意义，出现飞机、灯座等模型被检索为与猫相似的结果；区分坐、立等姿态不同的人体模型效果显然也很差（如图19）。
2003年戴伊[9]基于网格模型的拓扑信息，给出名为“动力学系统”的形状特征描述方法，并模拟连续形状给出了离散网格模型形状特征的定义。实验表明，该算法十分有效地分割二维及三维形状特征。
目前，基于几何以及拓扑信息的中轴线或骨架等形状描述子也得到了广泛的研究，如基于水平集[55]、拓扑持续性[69]、Shock图[15]、Reeb 图[54]和中轴线[56]等方法。这些形状描述可以从
孙晓鹏
中国科学院计算技术研究所
认知心理学、心理物理学认为：人类对形状的识别过程部分地基于分割，复杂形状往往被看作是若干简单元素的组合。同时，在视觉识别过程中，显著形状特征以很高的
优势屏蔽了其它不显著特征。为了获取形状的显著特征，首先必须进行分割。
1 Virtual Reality Modeling Language，虚拟现实建模语言，一种在WWW中描述虚拟现实（VR）的工
具，用来描述三维物体及其行为。其基本目标是建立互联网上的交互式三维多媒体，具有三维性、交互性、动态性、实时性等特征，能够在互联网或局域网上快速传递。该语言于1998年1月被正式批准为国际标准（ISO/IEC14772-1:1997），是第一个用HTML发布的国际标准。
（接上期）
离散的体数据、以及边界表示数据（网格模型）中抽取出来。对于后者，目前还没有什么算法能得到精确、有效的结果[39]。但相信依据拓扑信息进行分割得到的分布式形状描述子也是一种值得尝试的三维模型检索思路。
几何压缩传输中的网格模型分割
健壮的网格模型压缩传输方法，必须保证即使部分形状信息丢失，剩下的部分至少能够得到一个逼近原始物体的重构，即，逼近的质量下降梯度，要大大滞后于信息丢失梯度。
无论是层次结构的、或者是过程表示的多边形网格模型，它们的缺陷是：必须保证严格的拓扑信息一致性。顶点和面片之间的交叉引用导致即使在传输中丢失了1%的网格数据，也将无法从99%的剩余信息里重建网格模型的任何一部分。对此可以考虑引入高度的冗余信息，即使传输中丢失一定额度的数据，接收方依然可以重构模型大部分。
问题的关键是将几何体分割为相互独立的大块信息，这样接收方可以在不依赖相关索引信息的情况下，重构流形的邻域关系。
为了避免接收方从点云重构模型的算法变得复杂，早期的健壮传输方法总假设至少整体拓扑信息可以无损地传送。一旦知道了粗糙的
形状信息，接收方可以插入一些附加点生成逼近网格模型。
2002年，毕斯乔夫[37,72]的工作把网格模型分割为若干个椭球，每个椭球独立地、定义自己的几何信息。由于椭球的互相重叠，冗余信息由此产生。因此如果只有很少的椭球丢失，网格模型的拓扑信息和整体形状不会产生大的变化。冗余信息不会使存储需求增加，因为每个椭球和三角网格中每个顶点一样，只需要9个存储纯量。其传送过程如下：首先种子点采样生成椭球集合；传送优化选择的椭球子集；
接收方抽取等值面重构逼近网格模型；以陆续到来的原始网格顶点替换临时网格模型的顶点（如图20）。
1996年，托比（Taubin）[46]首先在三维网格模型几何压缩处理中应用傅立叶变换：由任意拓扑结构的网络顶点邻接矩阵及其顶点价数，得到网格Laplacian矩阵的定义及由其特征向量构成的空间的正交基底，相对应的特征值即为频率。三维网格顶点的坐标向量在该空间的投影即为该网格模型的几何光谱。
2000年，卡尼尔（K a r n i ）和考斯曼（Gotsman）[47]将几何网格分割片光谱推广到压缩问题上。光谱直接应用于定义几何网格的拓扑信息时，会产生伪频率信息。而且对于大规模的网格，由于在网格顶点数目多于1,000时，
Laplacian矩阵特征向量的计算几乎无法进行。
图19 三维网格模型的分割检索
图20 基于椭球分割的三维网格模型压缩传输
展望
因此该工作在最小割边前提下，首先将网格模型分割为有限数目的、各片顶点数目接近的分割片。该方法有微小的压缩损失，且在分割片边界出现人工算法痕迹。然后利用Tutte投影，将由于各分割片拓扑不同而各异的网格分割片基函数，统一为规整的6度网格分割片基函数，提高了计算效率。由于分割方法的限制，该算法只适用于没有尖锐边缘特征的光顺网格模型。2003年艾尔夫斯（Alface）[38]提出了光谱表示交叠方法：扩张分割片，使分割片之间产生交叠。该工作（如图21）明显地改进了在分割片边界上的人工算法痕迹。
高质量的网格压缩传送的前提是良好的网格分割。
纹理贴图中的网格模型分割
如果网格模型的离散化足够精细，比如细分网格，那么直接对顶点进行纹理绘制就足够了。否则就要把网格模型分割为一组与圆盘同胚的、便于进行参数化的分割片；再对每片非折叠的分割片参数化；最后分割片在纹理空间里拼接起来。
面向纹理的分割算法一般要求满足两个条件：第一，分割片的不连续边界不能出现人工算法痕迹；第二，分割片与圆盘同胚、而且不引入太大的变形就可以参数化。但不要求有意义的分割结果。
2001年，桑达[35]基于半边折叠的渐近网格算法[70]，使用区域增长法对网格模型进行分
割。首先网格模型的每一个面片都被看作是独立的分割片。然后每个分割片与其邻接分割片组对、合并。在最小合并计算量优先合并的原则下，循环执行分割片对的合并操作，并更新其他待合并分割片的计算量。当计算量超出用户指定的阈值时，停止合并操作。分割片之间的边界为逼近角点间直线段的最短路径，从而减轻了锯齿情况（如图22）。
2002年，利维[39]给出的算法将网格模型分割为具有自然形状的分割片，但仍然没有得到有意义的分割结果。为了与圆盘同胚，该文自
动寻找位于网格模型高曲率区域的特征曲线，避免在平坦区域内产生分割片边界，并增长分割片使他们在特征曲线上相交，尽量获得尺寸较大的分割片。
网格模型分割局部性会改善纹理映射、网格参数化的扭曲效果。
动画与几何变形中的网格模型分割
影视动画制作中，多个对象间的几何变形特技可以基于网格模型分割的局部区域预处理来实现。如建立动画区域对应关系，对多个模型进行“一致”分割，然后在多个模型的对应分割片之间做变形，将提高动画制作的精度和真实性；且每个无拓扑信息的面片模型都可用来建立分割片对应；模型间的“一致”分割有利于保持模型的总体特征。目前多数的自动对应算法精度较低。手工交互指定对应关系的效率又太低。
1996年，克里希纳默西[25]
的工作从高密
图21 基于分割的三维模型光谱压缩
图22 面向纹理贴图的三维模型分割
度、非规整、任意拓扑结构的多边形网格出发，手工指定分割边界，构造张量积样条曲面片的动画模型。首先在多边形网格的二维投影空间交互选择一个顶点序列，然后自动地将顶点序列关联到网格上最近的顶点上；对于序列中前后两个顶点，计算在网格曲面上连接它们的最短路径；对该路径在面片内部进行双三次B样条曲面拟合、光顺、重新采样，得到分割片在两个顶点之间的边界曲线。计算量的付出依然是非常昂贵的。
1999年，格雷戈里等[30]在两个输入的多面体表面网格上，交互选择多面体顶点，作为一个对应链的端点。对应链上其他顶点通过计算曲面上端点对之间最短路径上的顶点来确定，得到由这些顶点和边构成的多面体表面网格的连通子图。然后，算法将每一个多面体表面网格分割为相同数目的分割片，每个分割片都与圆盘同胚。最后在分割片之间建立映射、重构、局部加细完成对应关系的建立；最后插值实现两个多面体之间的变形（如图23）。
2002年，史拉夫曼[45]的工作不再限制输入网格必须是零亏格、或者是二维流形的。算法通过迭代，局部优化面片的归属来改进某些全局函数，因此与图像分割K－均值聚类方法相近。分割片的最终数目可以由用户预先指定，从而避免了过度分割，且适用于动画制作的需求。分割过程的关键在于确认给定的两个面片是否属于同一个分割片。史拉夫曼提出新的网
格模型分割方法和新的柱状分割片投影算法，降低了工作量、提高了精度。其分割结果是非层次（如图24）。
基于分割的变形对于保持模型的局部特征有着重要的意义。局部投影算法能够产生精细的对应区域，且能自动产生有意义的分割片。
模型简化中的网格模型分割
网格模型简化指把给定的一个有较多面片的网格模型，处理为另一个保持原始模型形状特征的、但具有较少面片数目和较大简化/变形比的新模型。
三维网格模型分割显然可以被看作是一种网格简化。基本思想是在简化中增加一个预处理过程，先按模型显著特征将其分割为若干分割片，然后在每个分割片内应用简化算法，由此保持了模型的显著特征，如特征边、特征尖锐以及其他精细的细节。比如把曲率变化剧烈
的区域作为分割边界，将曲率变化平缓的区域
图23 动画制作中的交互分割
图24 变形中的聚类分割
展望
各自分割开来，就是基于曲率阈值的网格简化方法。在去除过度分割后，网格分割片数目被限制在指定的范围内。
2001年，嘉兰迪[71]基于顶点收缩的简化，提出一种基于层次关系的面片聚类算法（如图25）。其目标是针对非常复杂的、计算量非常大的网格，或者稠密点云，为求交、碰撞检测、绘制、曲面简化等工作的应用提供层次关系树，以提高计算速度。与其他工作不同之处是该工作是基于面片对的。其优点是合并的过程中产生了聚类的层次结构二叉树；同时避免了指定种子面片。对于面片对的收缩，是在网格的对偶图上以顶点对收缩的形式进行的，原始网格的几何信息、拓扑信息没有任何变化。算法输入网格为三角网，其对偶图结点度数均为3。随着收缩进行，对偶图结点的度数发生变化。该工作给出了在求交、碰撞检测、曲面简化、多分辨率辐射度计算等方面的应用。这些应用的共同特点是使用曲面的区域总体性质、而不是曲面的精确几何信息。
CAD中的分割与编辑
三维模型的逆向工程在近年来成为一个新的研究热点，它表明了传统CAD造型技术提出了融合离散网格模型方法的愿望。
从多幅深度图像重建CAD模型的工作是一个逆向工程。这个过程中需要对点云、深度图
像等数据进行特征抽取和分割，要求相应算法必须能够保证一定的精度。分割后网格模型应该具有较好的、适合参数化的外形和轮廓，以便于使用传统CAD方法进行处理（如图26）。
现存三维模型有时并不适合特定的应用，这样修改、编辑现有的三维模型也是一个非常重要的工作。在三维模型分割工作的基础上，可以实现分区剪切、复制、粘贴、修正等三维模型编辑工作（如图27）。
结论及对未来工作的展望
从目前国内外研究及应用来看，与数字图像处理、视频分析、计算机视觉和模式识别领
域中的分割工作一样，三维模型分割是数字几
图25 三维网格模型简化中的谱系聚类分割
图26 工厂扫描点云重建中的分割
图27 三维模型分割在模型编辑中的应用
何处理研究中的基础工作。有效的、有意义的三维模型分割，将极大地促进三维模型的检索和处理效果。目前，尽管已经在不同的应用问题上进行了一些三维模型分割研究，但是还没有一种适合所有应用的分割算法，绝大多数算法都是针对具体问题提出的。同时，与图像分割相比，在三维模型分割研究方向上发表的文献和已经取得的成果还为数不多。
目前，三维模型分割还没有制订出系统的评价准则。近年来，基于心理学和视觉理论的有意义的分割已经成为了分割方法的主要原则，由此提出的过度分割处理、分割片边界的位置是否位于凹度最深区域、分割边界是否光顺等成为广泛采用的分割评价方法。但较少考虑算法复杂度。
基于三维模型分割，借鉴分布式水印的思想，可以建立更为健壮的、分布于三维模型各分割片上的三维模型数字水印[73,74]。
在三维地理信息系统（3D-GIS）中地形网格模型的地物识别工作，将极大地得益于局部地物网格的分割，同样也将促进无人驾驶探测器行走路线的精确规划，并预测地物碰撞。
三维网格模型的局部有意义特征形状分割与识别的研究与人工智能学科的结合，是对未来虚拟现实（VR）研究工作的一个期望。
近年来对网格模型进行参数化、从而实现结合传统的参数曲面技术进行造型和编辑的工作较为多见。但多数工作依然要依赖于手工进行网格分割。而如何对任意网格进行自动剖切、自动四边界分割仍然是这项工作中的关键问题。
直接对点云模型进行的分割，将在扫描点云处理流程中省略掉网格融合过程，从而显著地提高工作效率。但精度有待提高。
综上所述我们看到，三维模型分割是数字几何处理研究中一项重要的、应用广泛的基础工作。随着数字几何的发展和应用越来越普及，以及MPEG-7中相关国际标准的制订，三维模型分割必将与图像分割工作一样，成为多媒体信息处理中的一个重要的研究方向。
致谢
本文得到国家重点基础研究发展规划（九七三）项目（G2004CB318000）、国家自然科学基金重点项目（60533090）和国家自然科学基金项目(60573154）的资助,在李华研究员的指导下完成。
孙晓鹏
中国科学院计算技术研究所博
士，副教授，本刊高级编辑，主
要研究方向为计算机图形学、科
学计算可视化、图像处理和软件
工程等。xpsun@https://www.doczj.com/doc/609157003.html,
[1] Schr der Peter, Sweldens Wim, Digital Geometry Processing[A].In: Computer Graphics Proceedings，Annual
Conference Series，Course Notes, ACM SIGGRAPH，Los Angeles, California，2001.
[2] DeRose T, Kass M, Truong T. Subdivision surfaces in character animation [A]. Proceedings of SIGGRAPH 1998,
85-94, July 1998.
[3] Levoy M, Pulli K, Curless B, et al. The Digital Michelangelo Project: 3D scanning of Large Statues [A]. Proc.
SIGGRAPH 2000, pp.131-144.
[4] Kobbelt L, Taubin G. Geometric signal procession on large polygonal meshes. [A].In: Computer Graphics
Proceedings，Annual Conference Series，Course Notes, ACM SIGGRAPH，Los Angeles, California，2001. [5] Johann WH Tangelder, Remco C Veltkamp. A Survey of Content Based 3D Shape Retrieval Methods [J]. Proceedings
of the Shape Modeling International 2004 (SMI'04). 145-156.
参考文献
展望
参考文献
[6] Chen D, Tian X, Shen Y, et al. On visual similarity based 3D model retrieval [A]. EUROGRAPHICS 2003,
22(3):223--232, 2003
[7] Wu K, Levine M D. 3D part segmentation using simulated electrical charge distributions [J]. IEEE Transactions on
Pattern Analysis and Machine Intelligence, 1997,19(11):1223-1235
[8] Mangan A, Whitaker R. Partitioning 3D surface meshes using watershed segmentation [J]. IEEE Transactions on
Visualization and Computer Graphics, 1999, 5(4): 308-321
[9] Dey T K, Giesen J, Goswami S. Shape segmentation and matching with flow discretization [A]. In Proceedings of
8th International Workshop on Algorithms and Data Structures (WADS), Springer Lecture Notes in Computer in
Computer Science, Ottawa, 2003. 25-36.
[10] Chazelle B, Palios L. Decomposing the boundary of a nonconvex polyhedron [A]. In SWAT, 1992, 364-375.
[11] Chazelle B, Palios L. Decomposition algorithms in geometry. In Algebraic Geometry and its Applications, Springer-
Verlag, C. C. Bajaj, Ed.,419-447, 1994.
[12] Chazelle B, Dobkin D P, Shouraboura N, et al. Strategies for Polyhedral Surface Decomposition: An Experimental
Study [J]. Computational Geometry: Theory and Applications, 1997, 7(4-5): 327-342
[13] W. Tutte. Convex representation of graphs [A]. In Proc. London Math. Soc., volume 10, 1960.
[14] Hoover A, Jean-Baptiste G, Jiang X. An experimental comparison of range image segmentation algorithms [J]. IEEE
Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 1996, 18(7): 673-689
[15] Sebastian T B, Klein P N, Kimia B B. Recognition of Shapes by Editing Their Shock Graphs [J]. IEEE Trans. Pattern
Anal. Mach. Intell. 26(5): 550-571 (2004)
[16] Shamir A. Feature-Space Analysis of Unstructured Meshes [A]. Proceedings IEEE Visualization, Seattle,
Washington, 2003. 185-192
[17] Shamir A. A Formulation of Boundary Mesh Segmentation [A]. 3DPVT 2004: 82-89.
[18] Kim D, Park I, Yun I, et al. A New MPEG-7 Standard: Perceptual 3D Shape Descriptor [J]. Lecture Notes in
Computer Science, 2004, 3332:238-245
[19] Bober M, MPEG-7 Visual Shape Descriptor [J]. IEEE Trans on Circuits and Systems for Video Technology, 2001,
11(6): 716-719
[20] Vincent L, Soille P. Watersheds in digital spaces: an efficient algorithm based on immersion simulations [J]. IEEE
Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 1991, 13(6):583-598
[21] Falcidieno B, Spagnuolo M. Polyhedral surface decomposition based on curvature analysis [A]. In Kunii, T. L. and
Shinagawa, Y., editors, Modern Geometric Computing for Visualization(C). Springer-Verlag, 1992. 57-72
[22] Maillot J, Yahia H, Verroust A. Interactive texture mapping [A]. In: Computer Graphics Proceedings，Annual
Conference Series，ACM SIGGRAPH，Anaheim, California, 1993. 27-34
[23] Hebert M, Homan R, Johnson A, et al. Sensor-based interior modeling [A]. In: Proceedings of the American Nuclear
Society Sixth Topical Meeting on Robotics and Remote Systems, Monterey, Calif , 1995. 731-737
[24] Pedersen H. Decorating implicit surfaces [A]. In: Computer Graphics Proceedings，Annual Conference Series，
ACM SIGGRAPH，Los Angeles, California， 1995. 291-300
[25] Krishnamurthy V, Levoy M. Fitting smooth surfaces to dense polygon meshes [A]. In: Computer Graphics
Proceedings，Annual Conference Series，ACM SIGGRAPH，New Orleans, Louisiana，1996. 313-324
[26] Lee W, Sweldens P, Schroder L, et al. MAPS: Multiresolution adaptive parameterization of surfaces [A]. In: Computer
Graphics Proceedings，Annual Conference Series，ACM SIGGRAPH，Orlando, Florida，1998. 95-104
[27] Guskov I, Vidimce K, Sweldens W, et al. Normal meshes [A]. In: Computer Graphics Proceedings，Annual
Conference Series，ACM SIGGRAPH，New Orleans, Louisiana，2000. 95-102
[28] Pulla S. Curvature based segmentation for 3-dimensional meshes [D]. Master's thesis. Arizona State University,
Tempe, AZ. 2001.
[29] Pulla S, Razdan A, Farin G. Improved Curvature Estimation for Watershed Segmentation of 3-Dimensional
Meshes[R]. Arizona State University, Tempe, AZ. 2001.
[30] Gregory A, State A, Lin M, et al. Interactive surface decomposition for polyhedral morphing [J]. The Visual Computer,
1999, 15(9): 453-470
参考文献
[31] Tan T S, Chong C K, Low K L. Computing bounding volume hierarchy using simplified models [A]. In Proceedings of
the ACM Symposium on Interactive 3D Graphics, Atlanta, Georgia, 1999. 63-69
[32] Rossl C, Kobbelt L, Seidel H P. Extraction of feature lines on triangulated surfaces using morphological operators [A].
In Proceedings of the AAAI Symposium on Smart Graphics, Stanford University, California, 2000. 71-75
[33] Yu Y, Ferencz A, Malik J. Extracting objects from range and radiance images [J]. IEEE Transactions on Visualization
and Computer Graphics, 2001, 7(4): 351-364
[34] Li X, Woon T W, Tan T S, et al. Decomposing polygon meshes for interactive applications [A]. In Proceedings of the
ACM Symposium on Interactive 3D Graphics, Research Triangle Park, North Carolina. 2001. 35-42
[35] Sander P, Snyder J, Gortler S, et al. Texture mapping progressive meshes [A].In: Computer Graphics Proceedings，
Annual Conference Series，ACM SIGGRAPH，Los Angeles, California，2001. 409-416
[36] Werghi N, Xiao Y. Posture recognition and segmentation from 3D human body scans [A]. In Cortelazzo, G. M. and
Guerra, C. editors, Proceedings International Symposium on 3D Data Processing, Visualization, and Transmission[C].
Italy: Padova, 2002. 636-639
[37] Bischoff S, Kobbelt L. Ellipsoid decomposition of 3D-models [A]. In Cortelazzo, G. M. and Guerra, C. editors,
Proceedings International Symposium on 3D Data Processing, Visualization, and Transmission[C]. Italy: Padova, 2002. 480-488
[38] Patrice Rondao Alface, Fran_ois Cayre, Benoit Macq, et al. Lapped spectral decomposition for 3D triangle mesh
compression [A]. International Conference on Image Processing 2003, Barcelona, Spain, 2003. 781-784
[39] Levy B, Petitjean S, Ray N, et al. Least squares conformal maps for automatic texture atlas generation [A]. In:
Computer Graphics Proceedings，Annual Conference Series，ACM SIGGRAPH，San Antonio, Texas，2002.
362-371
[40] Praun E, Hoppe H. Spherical Parameterization and Remeshing [A]. In: Computer Graphics Proceedings，Annual
Conference Series，ACM SIGGRAPH，San Diego, California, 2003. 340-349
[41] Rettmann M E, Han X, Prince J L. Watersheds on the cortical surface for automated sulcal segmentation [A]. In
IEEE Workshop on Mathematical Methods in Biomedical Image Analysis, Hilton Head Island, South Carolina, 2000.
20-27
[42] Rettmann M E, Han X, Prince J L. Automated sulcal segmentation using watersheds on the cortical surface [J]. Neuro
Image, 2002, 15(2):329-344.
[43] Kathleen Marty. Segmentation of a Human Brain Cortical Surface Mesh Using Watersheds[R]. Madison: University of
Wisconsin, CS766 Final Project, 2002.
[44] Page D L, Koschan A F, Abidi M A. Perception-based 3D Triangle Mesh Segmentation Using Fast Marching
Watersheds [A]. IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, Madison, 2003.
27-32
[45] Shlafman S, Tal A, Katz S. Metamorphosis of polyhedral surfaces using decomposition [A]. Annual Conference of the
European Association for Computer Graphics. Saarbrücken, 2002. 219-228
[46] Taubin G, Zhang T, Golub G. Optimal surface smoothing as filter design[R]. IBM Technical Report RC-20404, 1996
[47] Karni Z, Gotsman C. Spectral compression of mesh geometry [A]. In: Computer Graphics Proceedings，Annual
Conference Series，ACM SIGGRAPH，New Orleans, Louisiana，2000. 279-286
[48] Katz Sagi, Tal Ayellet. Hierarchical Mesh Decomposition Using Fuzzy Clustering and Cuts [J]. ACM Transactions on
Graphics. 2003, 22(3): 954-961
[49] Trucco E, Fisher R B. Experiments in Curvature- Based Segmentation of Range Data [J]. IEEE Trans. Pattern
Analysis and Machine Intelligence, 1995, 17(2): 177-182
[50] Zhang Y, Paik J K, Koschan A, et al. A Simple and Efficient Algorithm for Part Decomposition of 3-d Triangulated
Models Based on Curvature Analysis [A]. International Conference on Image Processing, Rochester, NY, USA, September 2002. 273-276
[51] Vivodtzev F, Linsen L, Bonneau G P, et al. Hierarchical Isosurface Segmentation Based on Discrete Curvature [A].
Proceedings of the 5th joint Eurographics-IEEE Symposium on Visualization, Grenoble, France, 2003. 249-258 [52] Xiao Y, Siebert P, Werghi N, A discrete Reeb graph approach for the segmentation of human body scans [A]. The
展望
参考文献
4th International Conference on 3-D Digital Imaging and Modeling. The Banff Centre Banff, Alberta, Canada. 2003.
378-385
[53] Xiao Y, Werghi N, Siebert P. A topological approach for segmenting human body shape [A]. Computer Analysis of
Images and Patterns, Groningen, the Netherlands, 2002. 82-88
[54] Hilaga M, Shinagawa Y, Komura T, et al. Topology matching for fully automatic similarity estimation of 3D shapes [A].
In: Computer Graphics Proceedings，Annual Conference Series，ACM SIGGRAPH，Los Angeles, California，
2001. 203-212
[55] Lazarus F, Verroust A. Level set diagrams of polyhedral objects [A]. Fifth Symposium on Solid Modeling and
Applications, New York, NY, USA, 1999. 130-140
[56] Leymarie F, Kimia B. The Shock Scaffold for Representing 3D Shape [A]. Proceedings of the 4th International
Workshop on Visual Form, Capri, Italy, 2001. 216-228
[57] Biederman I. Recognition-by Components: A Theory of Human Image Understanding [J]. Psychological Review,
1987, 94(2): 115-147
[58] Biederman I. Visual Object Recognition [J]. Visual Cognition, 1995, 2(4): 121-165
[59] Hoffman D D, Richards W A. Parts of Recognition [J]. Cognition, 1984, 18(1): 65-96
[60] Cass T A. Robust Affine Structure Matching for 3D Object Recognition [J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis
and Machine Intelligence, 1998, 20(11): 1265-1274
[61] Chen Y, Medioni G. Object Modeling by Registration of Multiple Range Images [J]. Image and Vision Computing
1992, 10(3):145-155
[62] Loncaric S. A survey of shape analysis techniques [J]. Pattern Recognition, 1998, 31(8): 983-1001
[63] Sclaroff S, Pentland A P. Modal Matching for Correspondence and Recognition [J]. IEEE Transactions on Pattern
Analysis and Machine Intelligence, 1995, 17(6): 545-561
[64] Weiss I, Ray M. Model-based recognition of 3D object from single vision [J]. IEEE Trans. PAMI, 2001, 23(2):
116-128
[65] Zuckerberger E, Tal A, Shlafman S. Polyhedral surface decomposition with applications [J]. Computers & Graphics,
2002, 26(5): 733-743.
[66] Manjunath B, Salembier P, Sikora T. Introduction to MPEG-7 [M]. John Wiley & Sons, 2002
[67] Rubner Y, Tomasi C, Guibas L. The earthmover's distance as a metric for image retrieval [J]. International Journal of
Computer Vision 2000, 40:9-121
[68] Kimmel R, Seething J A. Computing geodesic paths on manifolds [A]. Proc. Natl. Acad. Sic. USA,
95(15):8431-C8435 (electronic), 1998.
[69] Edelsbrunner H, Letscher D, Zomorodian A. Topological persistence and simplification [A]. Proceedings of the 41st
Annual Symposium on Foundations of Computer Science. Redondo Beach, California, 2000. 454-463
[70] Hoppe H, Progressive meshes [A]. In: Computer Graphics Proceedings，Annual Conference Series，ACM
SIGGRAPH，New Orleans, Louisiana,1996. 99-108.
[71] Garland M, Willmott A, Heckbert P. Hierarchical face clustering on polygonal surfaces [A]. In Proceedings of ACM
Symposium on Interactive 3D Graphics, Research Triangle Park, North Carolina, 2001. 49-58.
[72] Bischoff S, Kobbelt L. Towards robust broadcasting of geometry data [J]. Computers & Graphics, 2002, 26(5):
665-675.
[73] Praun Emil, Hoppe Hugues, Finkelstein Adam. Robust Mesh Watermarking [A]. In: Computer Graphics
Proceedings，Annual Conference Series，ACM SIGGRAPH，Los Angeles, California，1999. 49-56.
[74] Ohbuchi R, Masuda H, Aono M. Watermarking Three-Dimensional Polygonal Models through Geometric and
Topological Modifications [J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 1998, 16(4): 551--560.
《ZBrush高精模型雕刻》课程标准 《ZBrush高精模型雕刻》课程是一门重要岗位技能课，由于网络及电脑硬件的高速发展，人们视觉欣赏水平不断提高，更高清，更逼真的游戏电影画面是大势所趋，zbrush高精模型雕刻便成为必然，本课程通过讲解zbrhsh软件，使用该软件制作更精细，更多细节的此时代游戏和高清电影画面模型及材质的处理和绘画。让学生能制作出更高水平的动画模型。 1.1课程的性质 Zbrush是影视动画、游戏专业的必修课，我们将通过理论讲解与实践操作,让学生真正的了解到Zbrush软件的基本功用,在学习中，我们会同三维动画软件3ds max相结合，做到“强强联合”，将对3ds max与zbrush进行交互性操作，进一步的提高工作效率。在深入了解和掌握软件的实际功用的同时，可以制作出精美的模型。更为扎实的掌握软件功能，为了以后的工作打好基础。 1.2课程设计理念 本课程以职业能力培养为主要目标，以岗位需求为依据，认为岗位需求目标，就是教学目标，经过对大量三维游戏公司、动画公司人才需求的调研，制定出最符合岗位需求的教学计划，坚持以能力为本位的设计原则，让学生充分认识到岗位要求和自己的差距，做到目标明确，标准明确。并在教学中以真实的项目案例分析组织教学，倡导学生在项目活动中学习课程。 1.3课程开发思路 在本课程建设思路根据游戏、动画公司岗位需求，为适应高要求，高质量的影视动画效果，和次时代游戏模型的要求，开设此课程，让学生能在中等模型材质效果上有新的质的提高，达到世界动画前列水平，更好的满足国内对高等动画游戏人才得需求，也让学生作品的质量有质的飞跃。2.课程目标 本课程将通过对软件提供的优秀功能和特色的学习，极大地增强学生的创造力和表现力，课程将系统学习到该软件基本功能,应用范围和工作模式，雕刻模型的技巧，Z球建模，ZB 的绘制工具，绘制纹理等技巧，并且应用到实际制作中.对学生今后在三维模型制作方面有较大的帮助，能适应高端影视动画、次时代游戏制作等公司岗位要求。 2．1知识目标 (1)软件基础ZBrus界面认识和基本操作。 (2)雕刻工具的使用，笔刷个功能和自制 (3)Z球的使用，自适用蒙皮和统一蒙皮。 (4)ZBrus与3ds max模型互倒和深入雕刻 (5)法线贴图的制作与导出。 (6)固有色纹理贴图的绘制技巧和导出。
宁夏职业技术学院 《maya三维动画制作》课程标准 【课程名称】：《maya三维动画制作》 【适用专业】：数字游戏、动漫专业 1.前言 1.1课程性质与任务 本课程是动漫设计与制作专业的核心课程，结合了前期的动画创意、二维动画设计专业知识，进一步提升学生专业知识。实践教学在人才培养目标实现中起着至关重要的作用。因此本课程的设计理念是：针对高职高专教育教学的特点，与企业和行业专家共同开发设计，注重与后期专业课内容衔接，适应高技能人才可持续发展的要求；突出职业能力培养，按照行业企业的标准，体现基于职业岗位分析和具体工作过程的课程设计理念，以真实工作任务或产品为载体组织教学内容，在真实工作情境中采取工学交替、任务驱动、项目导向等教学模式，充分体现职业性、实践性。 1.2课程职业面向 面向广告公司、游戏设计企业；装饰公司；动漫制作公司；影视广告制作；多媒体产品展示设计；电视频道包装；装潢及外形包装的电脑设计及动漫产品的营销等。 1.3课程能力培养 要求学生能够利用计算机三维设计软件进行三维模型、三维效果图、三维动画的艺术设计以及还要有必要的美术基础和设计理念、良
好的创意能力与审美能力等。
2.课程培养目标 本课程的最终目标是使学生学习使用该软件以理论与实践相结合的方法，由浅入深循序渐进的掌握三维模型的制作、材质的建立、灯光的设置、角色动画的设定到最后的渲染输出，使本专业学生最终掌握动画的中初级应用技巧。 2.1课程培养的总体目标 通过对从多边形创建各种造型以及如何设定多边形贴图的方法到完成角色动画的整个流程的学习，让学生掌握MAYA制作动画的全部流程。着重培养学生的实际操作能力和学生的审美能力。使学生具备较强的软件操作能力以及必要的美术构图和色彩搭配能力。培养学生的团队合作精神。课程结束后，学生可以独立或小组完成CG短片的制作。 2.2课程培养的具体目标 本课程要求学生具有一定美术基础知识和色彩及构成知识，能独立完成模型建造（包括场景道具建模和角色建模）、贴图材质、灯光、特效、动画（包括基础动画，角色动画）、渲染输出等。 3.课程内容与要求 3.1学习情境——装有Maya8.0软件 学生机的配置如下：
Z B模型雕刻课程标准 Prepared on 22 November 2020
《ZBrush高精模型雕刻》课程标准 《ZBrush高精模型雕刻》课程是一门重要岗位技能课，由于网络及电脑硬件的高速发展，人们视觉欣赏水平不断提高，更高清，更逼真的游戏电影画面是大势所趋，zbrush高精模型雕刻便成为必然，本课程通过讲解zbrhsh软件，使用该软件制作更精细，更多细节的此时代游戏和高清电影画面模型及材质的处理和绘画。让学生能制作出更高水平的动画模型。 课程的性质 Zbrush是影视动画、游戏专业的必修课，我们将通过理论讲解与实践操作,让学生真正的了解到Zbrush软件的基本功用,在学习中，我们会同三维动画软件3ds max相结合，做到“强强联合”，将对3ds max与zbrush进行交互性操作，进一步的提高工作效率。在深入了解和掌握软件的实际功用的同时，可以制作出精美的模型。更为扎实的掌握软件功能，为了以后的工作打好基础。 课程设计理念 本课程以职业能力培养为主要目标，以岗位需求为依据，认为岗位需求目标，就是教学目标，经过对大量三维游戏公司、动画公司人才需求的调研，制定出最符合岗位需求的教学计划，坚持以能力为本位的设计原则，让学生充分认识到岗位要求和自己的差距，做到目标明确，标准明确。并在教学中以真实的项目案例分析组织教学，倡导学生在项目活动中学习课程。 课程开发思路 在本课程建设思路根据游戏、动画公司岗位需求，为适应高要求，高质量的影视动画效果，和次时代游戏模型的要求，开设此课程，让学生能在中等模型材质效果上有新的质的提高，达到世界动画前列水平，更好的满足国内对高等动画游戏人才得需求，也让学生作品的质量有质的飞跃。 2.课程目标 本课程将通过对软件提供的优秀功能和特色的学习，极大地增强学生的创造力和表现力，课程将系统学习到该软件基本功能,应用范围和工作模式，雕刻模型的技巧，Z球建模，ZB 的绘制工具，绘制纹理等技巧，并且应用到实际制作中.对学生今后在三维模型制作方面有较大的帮助，能适应高端影视动画、次时代游戏制作等公司岗位要求。
3DSMAX课程标准 课程名称： 3DSMAX 课程代码：210002 适用专业：艺术设计专业 学时：72 学分：3 一、课程性质 本课程的先修课程应为计算机文化基础、图形图像处理，学生应热爱所学专业，具有爱岗敬业和团队精神，具有理论联系实际、实事求是的科学态度，有较强的自学能力。《3ds MAX 三维动画》课程是计算机辅助设计专业的一门重要的专业课。目前3D Studio MAX 软件广泛应用于影视媒体、广告设计、机械设计和建筑设计等领域，本课程旨在讲授该软件的主要功能和操作技巧，为计算机辅助设计专业的学生将来从事产品的开发设计等工作领域打下基础。 二、设计思路 本课程应采用深入浅出的教学方法，突出动手能力的培养，提升学生的综合素质和职业能力。首先用比较浅显、有趣的技法制作模型，使学生快速建立对本课程的兴趣，从而学生得以能快速入门，了解和掌握3ds MAX应用的基本过程和方法；接着循序渐进引导学生掌握3ds MAX的高级建模技巧、贴图的制作与应用、摄影机的设置、布光方法和渲染输出效果图的方法；最后还要补充PhotoShop在3ds MAX效果图中的后期处理、简单动画等方面的应用。 三、课程培养目标 通过理论和实验教学，使学生掌握三维建模的一般方法，具备运用修改器工具制作三维变形造型，并运用材质编辑工具给三维体赋予材质，掌握放置灯光和摄像机的方法，能创建一个完整的场景，最后通过参数设置制作动画。 四、课程内容、要求及教学设计 （一）先（已）修课程和预备知识：计算机文化基础、图形图像处理 （二）相关职业资格：应该获得，鼓励获得计算机等级资格证书。
（四）课程教学资源条件 1．任课教师要求：学院教师必须为艺术类专业且应具有3年以上教学或实践经验。2．教学设施：计算机房、设计公司 3. 知识拓展：美学基础、形态构成基础、计算机基础等 4. 选用教材：?3ds MAX三维动画? 黄心渊林杉刘小玲高等教育出版社 注：其余可根据版本更新，结合当时情况而定，还可收集、参考网络中好的，优秀的案例精选，共享的精品课程内容来增加、补充教学。 5. 考核评价： ●平时练习、作业 30% ●独立制作一个完整场景与模型的效果图（上机） 60% ●提问、考勤 10% 五、编制说明 制定人： 审核人： 时间：
倾斜摄影实景三维建模技术VS 人工建模技术 一、什么是倾斜摄影实景三维建模 倾斜摄影测量技术是国际测绘领域近年来发展起来的一项高新技术。它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、前方、后方、左侧、右侧五个不同的角度采集影像，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。该技术的引入，使目前高昂的三维城市建模成本大大降低。它是在低空以45度角对地面进行摄影测量，可以获得近地高分辨率航测影像。它克服了正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，可获得5个或更多角度的倾斜摄影影像。 具体来说：通过低空云下摄影，从一个垂直和4个以上45度倾斜的方向获取高清晰度的地物影像，可供多角度观察；在高精度定位定姿POS系统的辅助下，影像上每个点都具有三维坐标，基于影像可进行任意点线面的量测，获得厘米级到分米级的测量精度。相比正射影像它还可以获得更精确的高程精度，对建筑物等地物的高度可以直接量算；影像中包含真实的环境信息，信息量丰富，可进行影像信息的数据挖掘。 近两年，国家测绘局、总参测绘局等多家单位相继引入该技术，购买相应硬件设施，投入生产。目前已有广州、深圳、南京、郑州、内蒙等多地飞了倾斜数据，张家界、凤凰等景区进行了倾斜建模生产。国外已经将倾斜应用于能源、交通、应急等领域。该技术的出现，引起新的革命，加快了智慧城市建设步伐。 二、倾斜摄影实景三维建模技术的特点及优势 基于倾斜摄影测量的三维自动建模技术是指基于图形运算单元进行快速三维模型的构建通过摄影测量原理，对获得的倾斜影像、街景数据、照片等数据进行几何处理、多视匹配、三角网构建、自动赋予纹理等步骤，最终得到三维模型。整个建模过程不需要人工干预，相比传统人工建模方法，具有拟真程度高、建设周期更短、费用成本低等显著特点。具体如下： 真三维建模：可以展现建筑物立面、桥梁镂空等立体细节，是真三维，且最大程度的保存了目标区域的色调，更加真实。
《三维动画实训》课程标准 课程代码: 13030348 课程名称：三维动画实训 课程类型: 专业限选课 适用专业：动漫设计与制作 总学时： 360 讲课学时：0 实验（训）学时：360 学分：22.5 先修课程：三维动画制作Ⅰ、三维动画制作Ⅱ 第一部分课程概述 一、课程性质 本课程为动漫设计与制作专业的三维方向专业限选课，也是一门教学做一体化的综合实训课。本课程主要的任务是训练学生进行三维动画制作必须的技能，同时提高学生的审美、应变、敬业、团队协作、心理等方面的素质。 二、课程定位 通过本课程学习和训练，使学生逐渐养成职业思维，具备基本的实践操作能力，通过大量的创作实践，培养学生的审美能力和创作能力。 三、课程设计思路 在授课过程中多媒体和实践操作交互使用，传授知识点的同时，强调本课程的实践性，为学生创造实战机会，同时运用案例法教学，与学生进行互动讨论，让学生充分发挥自己的主观能动性，注重因材施教与个别辅导，鼓励学生勇于表现自己的创作思想及。每周进行全班作业讲评，及时发现问题，注意横向、纵向比较，并根据学生在创作中遇到共性问题进行统一答疑。 第二部分课程目标 一、总体目标 本课程是在学生完成前期专业基础课程的基础上进行的，通过本门课程，将以前所学的知识“化零为整”，完成一部完整的三维动画短片的制作全过程。使学生通过实际项目的制作，尽早体验工作中分
工合作的动画片创作模式，学会调整个性与协调合作之间的尺度，有效地通过合作找到，并发挥自己的优势。 二、具体目标 素质目标 （1）养成良好的职业道德规范。 （2）养成团队协作精神与较好的沟通能力。 （3）有分析和解决问题的能力。 （4）具有好奇心和创造力。 知识目标 （1）掌握二维动画制作流程及工作分工。 （2）掌握动画分镜知识 （3）掌握原、动画工作知识 （4）掌握运动规律知识。 能力目标 （1）具备二维动画软件操作能力。 （2）视听语言应用能力。 （3）运动规律应用能力。 第三部分课程教学内容标准 项目一、动画剧本创作 项目内容： 1、创作原创剧本。 项目二、前期美术设定 项目内容： 1、设定角色造型草稿。 2、设定场景氛围图。 项目三、分镜创作 项目内容： 1、创作故事板。 2、撰写导演阐述。 3、制作动画海报。 项目四、造型与场景 项目内容： 1、制作角色模型。
三维网格分割的经典方法 摘要：本文针对三维网格分割问题，提出一个经典的方法。该方法基于微分几何和测地距离。在算法中，将面片类型相同的顶点分割在一起。测地距离利用顶点之间的最短路径表示，这里可以利用一些经典的算法求最短路径，如Dijkstra 算法。但是当网格的数量很多时，Dijkstra 算法的效率很低。因此，此算法避免了在整个网格上应用最短路径算法，在局部网格中求最短路径，从而减少了计算量。 本文在人造物体的三维网格模型以及分子结构中验证了该方法的有效性。 关键字：几何算法 面片分割 测地距离 简介 3D 物体的三维网格表示法具有很多的应用。例如，在图像分析中，表示利用深度图像重建的物体表面。此外，在复杂物体和场景的建模和可视化中也有广泛的应用。在网格面片的分析中，网格分割已经成为一个关注的问题。网格分割也就是将网格上相互接近并且具有相似曲率的顶点分成一组。网格分割在很多方面具有重要的应用。特征提取，模型匹配等。 Mangan 和Whitaker 提出三维网格分割的分水岭算法。Razdan 和Bae 扩展了此算法，将基于点元（voxel-based ）和分水岭算法相结合，来分割三角网格。这两种方法在分割中都需要计算整个曲率，然后在局部曲率最小处建立初始分割。然而，在某些物体中，局部曲率的最小值是很难确定的。因此，在这里提出一个初始分割的新方法。 在该算法中，应用基于面片的类型信息的网格区域增长方法，对顶点进行初始分割。利用高斯曲率和平均曲率对顶点所在的面片进行分类。这里利用离散微分几何计算高斯曲率和平均曲率。通过本文提出的新方法来求得测地距离。 文章结构：第二部分，介绍网格面片的曲率分析和面片分类。第三部分，详述本文的分割算法。第四部分，实验以及其分割结果。第五部分，结论。 2 面片分析 在面片分析中，首先计算高斯曲率和平均曲率，然后利用它们进行面片分类。顶点P 0的高斯曲率K 的计算公式如下： ， A K θ ρ?= ，∑-=?i i 2θπθ ∑=i i A A ， A 为相邻三角形T i ( i =1，2，3，…)的面积总和。ρ为常量3。如图1所示。
模型设计与制作课程标准 Prepared on 22 November 2020
《模型设计与制作》课程标准 学院浙江农业商贸职业学院 系部艺术设计系 教研室环艺设计教研室 教师许灿 《模型设计与制作》课程标准 【课程名称】 模型设计与制作 【适用专业】 高等职业学校会展策划与管理（广告与会展方向）专业 一、前言 （一）课程性质 《模型设计与制作》是会展策划与管理专业（广告与会展方向、展示设计）开设的一门专业课，该课程主要包括运用各种材料进行进行会展模型制作，通过学习让学生掌握会展模型制作的过程和方法，掌握设计软件和雕刻机的使用方法，以及熟悉各种模型制作的材料。 （二）课程设计思路 本课程的总体设计思路是，打破传统学科课程以知识为主线构建知识体系的设计思路，采用以项目操作的实际工作任务为引领，通过任务整合相关知识和技能来设计该课程。 本课程的相关工作任务是通过构想、草图、效果图、制作模型等手段来展示成果，模型更是表现空间设计的直接手段。通过本课的学习掌握模型在设计活动中的作用与意义，及其制作的正确方法和过程。在实践过程中培养独立思维，提出问题和解决问题的能力。为更深入的研究所设计空间提供新的途径和构思表现的方法，为设计的推敲与完善提供技术支持。 本课程教学活动的设计，以培养学生动手操作能力为主线，从而提高学生的直观感受力及创新设计能力。 二、课程目标 在教学中通过理论与实践的训练，使学生懂得学习模型制作的作用与意义，理解并掌握模型制作的基本原理和方法，提高学生对三维空间设计的形态、知识的理解和掌握，培养学生模型制作的基本原理与三维空间表现设计的能力，继而培养学生的创新意识和审美情趣，为专业设计的学习打下扎实的基础。
课厦 程门 标软 准件 职 业 技 术 学 院 【三维动画制作】 课程代码：04143090 学时、学分：64学时、4学分 适用专业：游戏设计 编写人员：苏明辉、林晓丹、吴辉煌 专业建设指导委员会审批： 系部审批：
1课程性质与定位 《三维动画制作》是游戏设计专业的课程。该课程根据人才培养方案的要求制定，对动漫设计与制作专业起到辅助作用，是一门以实践为主，结合理论共同教学的课程。课程以美术为基础，结合软件基础类课程为前导，利用实践结合课堂的模式，基于工作过程的教与学，通过强化学生的操作技能，让学生熟练掌握三维动画制作的基础技术，让学生确实提高动画中期制作能力。 课程设计在理念上主要注重了以下几点：以职业能力为述求，重点突出学生的能力，强调以学生为主要，理论和实践一体化。 2课程设计思路 《三维动画制作》在课程建设中，首先根据专业人才培养目标及职业岗位群体对课程的需求确定课程目标，明确培养目标中的定位，分析课程的性质，确定课程内容。并以真实项目及工作流程为依据，融合序化教学内容，在教学实施工程中，根据教学内容的不同，采取相应的教学方法和手段，对教学效果进行检查廉价，判断是否达到课程目标要求。通过本课程学习，使学生能够应用3dsmax软件进行一般模型的制作、常见贴图与材质的绘制与制作，能深刻理解动画制作的完整流程。能够胜任使用3dsmax软件进行的基础动画制作，为系统地学习后续动漫专业的知识与技能打下坚实的基础。 具体思路如下： 1.教学内容上强调实用性，突出行业岗位实用能力培养，制定切合实际的教学标准，以岗位能力出发选择相关知识点、技能点，形成理论与实际相结合的课程模式。 2.教学模式上通过情景、过程、类比、模拟等教学模式提高学生的综合能力。通过多种形式教学途径与手段，通过课堂教学与实践教学紧密结合的育人模式调动学生学习积极性和主动性。 3.在教学方式上，采用“案例法”、“任务驱动”的方式使教学内容合理流动，使学生完成任务的过程中不知不觉实现知识的传递、迁移和融合，在研发认识和实践训练中深怕必须的专业理论和实践技能。
《三维动画制作》课程标准 课程编码：0301082 课程类别：专业核心课 适用专业：电视节目制作授课单位：数字媒体学院 学分：3 学时：72 编写执笔人及编写日期：孙慧 2014年3月 审定负责人及审定日期： 1．课程定位和课程设计 《三维动画制作》课程主要介绍影视业内专业的三维动画软件MAYA，在影视动画个环节的应用。根据商业动画制作企业的工作流程和岗位，设计开发了用于教学的仿真项目，优化整合专业技能和教学资源。主要采用“项目引导”、“任务驱动”和“案例教学”等教学模式，以项目带动教学、以项目检验教学，全面实现“工学结合”、“学做合一”的教学理念。通过在仿真环境下利用仿真的实训项目对学生进行教学，充分体现出“教、学、做一体化”的专业教学特点，使学校与用人单位“零距离”对接。 1.1课程性质与作用 1.1.1课程的性质 《三维动画制作》课程是节目制作专业的一门专业必修课，也是专业的一门重点课程。也是扩充学生职业技能的重要课程，使熟悉学生三维动画软件的操作，同时也是本专业的认证课程。 1.1.2课程的作用 本课程主要介绍三维动画软件MAYA各种功能的实现，插入三维动画短片制作过程的知识讲解，掌握此软件，并解决在软件操作过程中可能出现的问题的处理。通过本课程的学习，使学生能掌握三维动画的设计和制作的知识，并具备三维动画制作种个人能力和团队合作能力 《三维动画制作》学习建模、材质、灯光等知识，并带入MAYA软件的强大功能模块，动画、粒子、paint effect、流体等。重点在于能够在动画制作的中期，实现动画的初期设计，包括角色模型、材质、场景设计、环境和动画等，前期和后期涉及到剧本，音乐制作、后期合成。 本课程的相关的先修课包括《素描》、《分镜头》、《动画造型设计》等，后续课程有动画音乐和后期制作。 1.2课程设计理念 本课程是电视节目制作专业的必修专业课程，实践教学在人才培养目标实现中起着至关重要的作用。因此本课程的设计理念是：针对高职高专教育教学的特点，与企业和行业专家共同开发设计，注重与后期专业课内容衔接，适应高技能人才可持续发展的要
展望 三维模型分割（下） 关键词：三维模型分割 三维网格模型分割应用 三维检索中的网格模型分割算法 随着万维网的发展，在三维VRML1数据库中寻找一个与给定物体形状相似的模型的应用需求正变得越来越广泛，比如：计算生物学、CAD、电子商务等等。形状描述子和基于特征的表示是实体造型领域中基本的研究问题，它们使对物体的识别和处理变得容易。因为形状相似的模型有着相似的分割，所以基于分割的形状描述子可以用于形状匹配。 2002年毕斯乔夫[37]提出从三维模型分割得到的椭球集合中得到的某种统计信息（比如椭球半径的平均方差或者标准方差，以及它们的比率）。由于这些信息在不同的形状修改中都保持不变，因此可以作为一种检索特征。但是这个想法没有得到严格的理论或者实验证明。 2002年，扎克伯吉[65]在一个拥有388个VRML三维网格模型的数据库上进行检索。首先他们将三维网格模型分割为数目不多的有意义的分割片。然后评价每一个分割片形状，确定它们之间的关系。为每个分割片建立属性图，看作是与原模型关联的索引。当在数据库中检索与给定网格模型相似的物体时，只是去比较属性图相似的程度。 该方法检索结果的精确性较差；分割片属性图比较采用图同构的匹配，计算量较大，且是一个很困难的问题；从实验结果看，分割效果显然还不够有意义，出现飞机、灯座等模型被检索为与猫相似的结果；区分坐、立等姿态不同的人体模型效果显然也很差（如图19）。 2003年戴伊[9]基于网格模型的拓扑信息，给出名为“动力学系统”的形状特征描述方法，并模拟连续形状给出了离散网格模型形状特征的定义。实验表明，该算法十分有效地分割二维及三维形状特征。 目前，基于几何以及拓扑信息的中轴线或骨架等形状描述子也得到了广泛的研究，如基于水平集[55]、拓扑持续性[69]、Shock图[15]、Reeb 图[54]和中轴线[56]等方法。这些形状描述可以从 孙晓鹏 中国科学院计算技术研究所 认知心理学、心理物理学认为：人类对形状的识别过程部分地基于分割，复杂形状往往被看作是若干简单元素的组合。同时，在视觉识别过程中，显著形状特征以很高的 优势屏蔽了其它不显著特征。为了获取形状的显著特征，首先必须进行分割。 1 Virtual Reality Modeling Language，虚拟现实建模语言，一种在WWW中描述虚拟现实（VR）的工 具，用来描述三维物体及其行为。其基本目标是建立互联网上的交互式三维多媒体，具有三维性、交互性、动态性、实时性等特征，能够在互联网或局域网上快速传递。该语言于1998年1月被正式批准为国际标准（ISO/IEC14772-1:1997），是第一个用HTML发布的国际标准。 （接上期）
页面设置：上2CM，下2CM，左2.8CM，右2.8CM 《3D模型设计与角色制作》 课程标准 开课系部：艺术系 课程编号：010805017 编制日期：年月日
《3D模型设计与角色制作》课程标准 课程名称：3D模型设计与角色制作课程代码：010805017 适用专业：动漫设计与制作专业 学时：108 学分：4 开设学期：大三第一学期课程类型：专业必修课 编写执笔人：编写日期： 审定负责人：审定日期： 一、前言 本课程在对行业企业的相关工作岗位进行广泛调研的基础上，根据我校动漫设计与制作的人才培养目标制定，规定了课程的教学内容、教学方法、教学要求等，为课程教学提供技术支持和导向。 二、课程定位 1、课程的性质与作用 《3D模型设计与角色制作》是动漫设计与制作的专业必修课程，是一门核心课程。本课程是在动漫设计专业人才培养目标确定的基础上，根据时下游戏行业岗位工作流程各个环节所需能力确定学生应具备的素质及能力构成而设置的。 通过本课程的教学，可以培养学生运用maya制作模型的方法和技巧。提高学生对游戏行业的认识。学生学习了本课程之后，能够掌握初步的三维建模能力，烘焙法线贴图和凹凸贴图的能力，配合之前学习的photoshop绘制贴图，能够胜任游戏行业中三维场景、道具模型师的岗位要求。 2、本课程与其它课程的关系 在开设本课程之前，学生必须先学习素描、速写、色彩等课程，提高构图能力，对事物结构的理解能力和审美能力，为本门课程打好基础。在之前对photoshop的学习可以是学生在绘制贴图时更容易上手。学生学完本课程后能够胜任三维场景、道具模型师的岗位要求。 三、课程设计理念及思路 （1）课程就是工作，工作就是课程，学习的内容是工作，通过工作实现学习。 本课程是将《3D模型设计与角色制作》的主要的知识与技能结构与禾田软件的多个实际的游戏外包项目相结合，以真实的工作项目作为课程的载体，从典型的工作项目中提炼出学习内容，学生完成了指定的工作任务也就完成了学习目标。（2）穿插进行校内专业实习
《3DMAX+VRAY效果图表现》课程标准 一、课程概述 （一）制定依据 本标准依据《艺术设计专业园林景观工程设计与技术方向人才培养方案》中的人才培养规格要求和对《3DMAX+VRAY效果图表现》课程教学目标要求而制定。用于指导其课程教学与课程建设。 （二）课程的性质与地位 本课程通过系统学习3DMAX理论知识与技能，使学生了解三维设计基本原理，掌握三维建模的基本方法、材质的使用编辑、灯光效果以及VRAY 渲染器的使用等基本设计技能，并能运用于三维景观效果图的制作中。要求学生掌握3DMAX与VRAY渲染器的基本理论、制作方法，加强3DMAX 软件的操作运用，利用课余时间扩展相关知识。从而为今后从事实际工作 （三）课程设计思路 《3DMAX+VRAY效果图表现》是艺术设计专业园林景观工程设计与技术方向学生的专业技术课程，是开启他们进入园林景观设计殿堂的第一步。考虑到高职学生以技能为主，因此在尽量减少纯粹的理论知识讲授，而是以实际案例项目中所需要用到的关键知识点为基础，以项目驱动的形式，
由教师布置项目，学生自主操作，教师辅导，成果点评分享，以此来加深学生对3DMAX的软件性质与软件要求的认识，为后续的各项课程打下基础。 （四）课程容选取的依据 以知识适度够用为原则，选取关键知识点，以达到让学生知道3DMAX 是做什么的、该怎么做和以后会怎么做即可。更多的知识点将依靠后续的课程设置来逐渐讲授。本课程容的分为两个模块，一个是3DMAX基本操作，一个是效果图案例制作。在3DMAX基本操作模块，将讲授3DMAX必修的基础性容和学习应该达到的基本要求。而效果图案例制作模块则选择几个代表性的设计案例来讲授制作。 1.学习情境中的知识点与现实密切相关 学习情境中的知识点必须与学生现实生活密切相关，以激发他们的学习兴趣。 2.学习领域课程设计基于认知规律，从简单到复杂 学习型的知识点，基于认知规律，从简单到复杂。学习任务在包含前一个任务的基础上增加知识点，难度层层推进，有序实现教学目标。 3.注重学生的可持续发展能力 4.课程结构是静态的，教学载体是动态的、开放的 在确定课程容时，各个载体包含的知识点是静态的，老师或学校可根据自己的情况选择合适的载体。 二、课程目标 （一）总目标 通过校企合作的任务驱动型项目活动培养学生具有良好职业道德、专业技能水平、可持续发展能力，使学生掌握三维效果图制作的基础技能，初步形成一定的学习能力和课程实践能力，并培养学生诚实、守信、负责、善于沟通和合作的团队意识，及其重质量、守规和安全意识，提高学生的职业能力，并通过理论、实训、实习相融合的教学方式，边讲边学、边学
附件四理实一体课程的课程标准参考格式（非项目课程） 《三维CAD/CAM》课程标准 课程编码：课程类别：专业技术课 适用专业：数控技术应用授课单位：塔城地区乌苏职业技术学校 学时：72 编写执笔人及编写日期：张红茂2016年5月19日 审定负责人及审定日期： 一、课程定位 1.课程性质与作用 本课程是机械制造及自动化专业、数控专业和模具专业必修的一门专业技术课程，其功能：旨在培养学生对流行的UG、Pro/E等三维CAD/CAM软件的三维建模功能的掌握能力，并对现代设计方法有所认识。在现代设计与加工领域，由于大量曲面体的存在，使传统的使用二维工程图来表达零件的方法受到了冲击，三维数字化模型应运而生，数字化模型已成为曲面零件的标准化表达方式。本课程就是要让学生能够生成零件的三维数字化模型，为数字化制造技术及应用打下坚实的基础。通过前序课程的学习，学生已基本具备手工编制简单零件程序的能力，而对于一般复杂程度及其以上的零件编程，借助CAD模型采用电脑自动编程，弱化了高级程序编制能力，是学生提高水平和能力的较轻松的一条途径。因此，本课程的基本定位是培养具有数字化设计与制造能力的复合型高级技能型人才。 2.课程基本理念 该课程属于计算机辅助设计与辅助制造（CAD/CAM）类课程，该课程是在学生学完必要的专业基础课及相关专业课程的基础上开设的一门专业核心课程，该课程又是连接专业课与学生技能的技术类课程。该课程囊括了CAD、CAM两大项。其中，学生平时表达设计成果、设计理念、机械与模具结构及搞毕业设计等都需使用到该课程所教授CAD 的知识及技能，具体内容包括二维曲线的绘制与编辑、实体建模、曲面建模、工程制图、装配的方法与技巧等。而CAM是将建模原理等理论知识与编程加工等实践过程相结合，将加工过程中的干涉检验等虚拟仿真与工件到机床坐标系转换等实际操作相结合，将软件编程的软环节与定位装卡等硬环节相结合，深入分析数字化制造过程中加工规划、数控加工等关键环节。该方式特别适用于单件小批量零件的加工及新产品的试制，是模具专业必备知识之一，同时也是数控和机制专业提高能力的重要途径。综上所述，学习该课程是为适应机械产品三维设计及加工等岗位作准备。 3.课程设计思路
《原画场景设计》课程标准 课程代码： 102162 参考学时： 60 学分： 4 课程类型：专业基础课 2013年 2 月编
一、适用专业 该课程适用于《动漫设计与制作》专业。 二、开课时间 第二学期。 三、课程定位 1、课程性质 本课程是动漫设计与制作专业的专业基础课课程。其任务是使学生通过对场景设计课程的学习，了解影视动画场景设计的分类与影视动画场景造型设计的构思方法；掌握影视动画场景设计图的技巧与方法。学好场景设计是动画专业人员应具备的基本质素。 2、教学任务 主要针对动漫设计师职业岗位开设，主要任务是培养学生在动漫设计师工作岗位的知识技能和广泛适应能力。动画场景设计是除角色以外一切对象的造型设计，是塑造角色和影片风格的关键创作环节。通过本课程的学习，培养学生在镜头画面中表现场景空间的能力；使学生掌握影视动画场景设计的技巧与方法；了解影视动画场景设计的分类与影视动画场景设计的构思方法，为以后的创作打下基础。通过学习让学生掌握场景设计图的制作理论，能运用各种材料和技法，设计与制作，并注重故事性与情节性，全面了解场景设计作为动画片组成部分，能从另一个侧面展现出影片的内容，突出主题，增加艺术感染力。 四、课程培养目标 1、方法能力目标 理解与创造性思维能力； 分析、判断、应变能力； 自主学习能力； 审美能力； 语言文字能力。 2、社会能力目标 培养学生的创新思维能力和健康的审美意识，提高对摄影作品的艺术鉴赏水平； 培养学生诚实、守信、按时交付摄影作品的实践观念；
培养良好的人际沟通能力和团队相互合作的精神； 培养自我学习、勇于创新、积极承担不同角色的能力。 3、专业能力目标 动画场景的构成 掌握掌握动画场景图(平面图、气氛图、立面图、细部图、结构图、鸟瞰图)的透视绘制方法和技巧等基础理论； 掌握自然现象中的原动画创作的基本规律和绘画技巧等基础理论； 场景灯光效果 动画场景构思 掌握电脑绘制场景图的方法(painter图形图像处理)等基础理论 五、课程衔接 在课程设置上，前导课程有《二维动画制作》和《图形图形处理》课程。场景设计课需用大量手绘完成，并结合电脑进行制作，因此要求学生绘画基础牢固。本课与素描、色彩、风景写生、速写、透视、电脑设计、卡通形象设计、背景制作、泥塑、镜头画面语言、动画基础有着相互的联系。 后续课程有《原画造型设计》和《三维影视特效》课程。可以根据本课程的学习，继续培养学生的三维动画短片制作和影视动画特效制作能力。 六、教学内容与学时分配 教学学时数分配见表6.1所示 表6.1教学内容与学时分配
摘要 图像分割是数字图像处理领域中的重要内容,遥感图像分割是图像分割的一个重要应用方向。论文简要地概述了三种多尺度遥感图像分割算法，分别是基于HIS空间和颜色纯度的多尺度遥感图像分割算法、基于区域生长的多尺度遥感图像分割算法、基于分水岭算法的多尺度遥感图像分割算法。 关键字：图像分割,遥感,多尺度,算法 Abstract Image segmentation is a digital image processing in the field of important content, remote sensing image segmentation image segmentation is an important application direction. This paper gives a brief overview of the three remote sensing image segmentation algorithm, which is based on the HIS color space and multiscale image segmentation based on watershed algorithm, multi scale image segmentation of remote sensing image. Keyword:image segmentation,remote sensing, multiscale,algorithm 介绍： 遥感图像分割[1]，就是对遥感图像进行处理，并从中提取目标的过程。它是对遥感图像进行进一步处理和应用的基础。遥感图像通常表现为对比度低，区域特征因不同的拍摄条件而产生较大变化，不同区域之间的边界模糊，以及形状结构和细微结构分布复杂多样，图像信息容量大等等。由于遥感图像的这些特点，使得遥感图像分割没有可靠的模型进行指导，因而在一定程度上阻碍了图像分割技术在遥感领域的应用。虽然目前已经有大量的图像分割算法，一些研究者利用各种方法对遥感图像的自动化分割进行了积极的尝试，但是目前还没有算法能够对不同条件下获取的同一地区的遥感图像都产生满意的分割结果，更没有通用的算法能够对所有的遥感图像都产生满意的分割结果。 图像分割是计算机视觉研究中的一个极为重要的基本问题，是由图像处理到图像分析的关键步骤。分割结果的优劣直接影响到随后的图像分析、理解和景物恢复问题求解的正确与否。对图像的理解有很好的作用，其定义为按照选定的一致性准则将图像划分为互相不交叠的、连通的像元集的处理过程[2]。 1.基于区域生长： 仅仅利用光谱信息的传统分割方法已不能有效地对高分辨遥感图像进行分割。鉴于高分辨率遥感图像提供了地物光谱、形状和纹理等大量信息，提出了一种基于区域生长结合多种特征的多尺度分割算法。首先利用图像梯度信息选取种子点；其次综合高分辨率遥感图像地物的局部光谱信息和全局形状信息作为区域生长的准则进行区域生长。迭代这两个过
《3d max》课程标准 《3D MAX》是电脑设计技术专业人才培养方案中专业学习领域的一门专业职业技能课程，课程设置在于学生掌握效果图制作方法，能够独立完成效果图制作的任务。本课程依据高职学生情况着重3D MAX基础建模知识，并辅助以灯光及材质在平面设计表现图方面的应用。教学中根据平面设计的特点，有所侧重，突出应用。注重效果图整体的色调及光感的学习和掌握，最终使学生能在较短的时间内掌握3D MAX，并能较好地运用在今后的学习及工作中。先修课程课程有《Photoshop 基础设计》、《Photoshop深化设计》、《包装设计》、《标志设计》、《书籍装祯设计》等，后续课程有《顶岗实习》等。 一、课程简介 1．课程名称： 3D MAX 2．课程代码： 3．学时： 128学时 4．学分：学分 5．适用专业：建筑表现、室内设计、三维表现等 6．课程性质： 本课程是计算机应用专业设计课程中的高端课程，主要培养学生作为绘图员、设计师所应具备的专业知识、专业技能、职业素质和职业能力。前续课程是AUTOCAD。 二、课程教学目标 （1）、课程目标：通过本课程的学习，使学生理解掌握和用3DS MAX制作效果图的方法与技巧，学会室内模型的建立，材质的设置，灯光的创作及vray渲染效果图的渲染出图，并进行后期渲染制作，最终创作出理想的方案效果图。（2）、知识目标：掌握计算机绘图的基本概念和基本知识，掌握3DS MAX软件的各种绘图命令知识和操作命令知识。 （3）、能力目标：掌握计算机绘图的基本技能和综合技能，通过课内实训，掌握装潢类方案效果图的绘制技能，达到基本的室内设计的绘图职业能力。（4）、素质目标：培养学生乐于观察、分析；主动求知、知难而进、敢于思考、不断创新的精神。培养具有较好的逻辑思维、创新能力、较强的计划、组织和协调能力和认真、细致严谨的职业能力。 三、课程教学内容、要求及学时分配
《动画场景设计》课程标准 一、课程定位 该课程是动漫制作技术专业的一门专业核心课程，是在多年教学改革的基础上，通过对数字媒体相关职业工作岗位进行充分调研和分析的基础上，借鉴先进的课程开发理念和基于工作过程的课程开发理论，进行重点建设与实施的学习领域课程。其目标是如何使用3ds max 制作高品质的室内外建筑效果图。按照软件功能以及实际应用进行划分，熟练运用3ds max软件设计出精品的室内场景和游戏场景；同时还将学习如何进行角色设计，其中以游戏角色设计、角色动画为主线进行教学，让学生能够独立制作出具有动画效果的游戏角色。 二、课程教学目标 1、知识目标 （1）、掌握室内场景和游戏场景的设计要求； （2）、掌握第三方的渲染软件的基本使用方法； （3）、掌握第三方角色创建方法； （4）、数量应用三维动画软件创建出较为真实的室内场景及游戏场景； （5）、能够应用三维动画掌握常见角色的创建方法 2、技能目标 （1）、掌握游戏场景的创建方法； （2）、掌握多种不同游戏场景、道具模型的创建方法； （3）、掌握VRAY等多种不同渲染器的使用； （4）、掌握Q版角色的模型创建方法； （5）、能熟练应用第三方软件创建角色动画。 3、素质目标 （1）、培养良好的思想品德、心理素质 （2）、培养良好的职业道德，包括爱岗敬业、诚实守信、遵守相关的法律法规等；
（3）、培养良好的团队协作、协调人际关系的能力； （4）、培养对新知识、新技能的学习能力与创新能力。 三、课程设计思路 该课程是依据数动漫制作技术专业工作任务与职业能力分析中的“三维场景制作及角色动画”工作项目设置的。其总体设计思路是，打破以知识传授为主要特征的传统学科课程模式，转变为基于工作过程的教学模式，以完整的室内及动画场景的工作任务为对象，组织学生通过完成这些工作任务来学习相关的知识、培养相应的职业能力。 课程内容突出对学生职业能力的训练，相关理论知识均与所要完成的工作任务有密切联系，并充分考虑了高等职业教育对理论知识学习的需要，融合相关职业资格证书对知识、技能和态度的要求。课程的教学过程要通过校企合作，校内实训基地建设等多种途径，采取工学结合等形式，充分开发学习资源，给学生提供丰富的实践机会。 教学效果评价采取过程评价与结果评价相结合的方式，通过理论与实践相结合，重点评价学生的职业能力。 四、教学内容安排及学时分配 详见表一 五、教学实施方案设计 详见表二 六、教学实施条件 1、教师任职条件 (1)、要求承担本专业教学任务的老师要熟悉和了解本专业的培养目标、教学计划、整个课程体系； (2)、要求老师了解整个课程体系中各课程的前后关系；
《三维图形基础》课程标准 课程名称：三维图形基础/3D Basis Design 课程编号：1303110101 适用专业：新媒体与动画 课程学时/学分：52 / 3 实验（创作、制作、上机）学时/学分：20/1 审定人： 开课部门： 一、课程的性质与目的 课程性质：三维图形基础课程是我校新媒体和动画专业学生的一门专业基础必修课。 课程目的：了解三维软件的基本界面、基本命令、基本操作等知识，通过本课程的学习能够具备较强的三维动画制作能力；能够应用三维软件设计制作动画效果并能够将基本理论知识和软件技术应用有机地结合；通过本课程的学习使学生基本掌握三维软件的一般使用方法，为独立设计制作动画短片打下坚实的基础 二、课程讲授的主要内容 第一章三维软件概述 1.1 软件界面和基本命令介绍 1.2 软件的基本操作 1.3 优化软件应用效率 本章重点（难点）掌握：三维软件的基本命令和基本操作。 第二章三维模型的建立 2.1 模型制作前的准备和常用命令讲解 2.2 建立多边形（Polygon）角色模型 2.3 建立曲面（NURBS）角色模型 本章重点（难点）掌握：熟练掌握模型制作的方法，并具备举一反三的能力。 第三章材质和贴图的设定 3.1 材质设定的基本概念 3.2 软件材质编辑器中的命令讲解 3.3 了解如何创建并编辑材质 3.4 纹理和贴图的应用 3.5 角色的材质制作流程 本章重点（难点）掌握：学习各种材质制作，充分掌握现实世界中材质效果的模拟方法。 第四章渲染设置 4.1 三维软件中灯光的应用 4.2 摄像机与视图 4.3 镜头的景别设置
4.4 三维软件中渲染的设置 本章重点（难点）掌握：了解高端渲染器的使用，能够制作表现照片写实效果的作品。第五章动画设置 5.1 关键帧动画技术与骨骼的使用 5.2 路径动画技术 5.3 驱动关键帧动画技术 5.4 变形与非线性 5.5 表达式动画 本章重点（难点）掌握：掌握基本动画制作方法。 第六章动画设计制作综合实例 三、课程教学基本要求 通过本课程的学习，要求学生： 1、了解、掌握视觉艺术基本理论和动画设计的基本常识 2、培养学生理论联系实际的能力，能够在实践操作中灵活掌握所学知识。 3、能够熟练运用三维动画软件制作动画短片。 4、能够制作产品展示动画、建筑巡游动画和角色动画等实际项目。 四、教学环节学时分配 五、本课程与其它课程的联系与分工 先修课程：视频工具基础、剧场构成、时尚图形设计