Quadrilateral surface mesh generation for animation and simulation

Bommes, David; Kobbelt, Leif

doi:999910283208

Quadrilateral surface mesh generation for animation and simulation = Generierung von Vierecks-Oberflächennetzen für Animation und Simulation

Bommes, David (Author)^RWTH*

2012 & 2013

VerantwortlichkeitsangabeDavid Bommes

ImpressumAachen : Shaker 2012

UmfangIV, 180 S. : Ill., graph. Darst.

ReiheSelected topics in computer graphics ; 8

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2012

Druckausgabe: 2012. - Onlineausgabe: 2013

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Kobbelt, Leif (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2012-10-11

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-43733
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/197581/files/4373.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Dreidimensionale Computergraphik (Genormte SW) ; Dreidimensionale geometrische Modellierung (Genormte SW) ; Informatik (frei) ; quadmesh (frei) ; parametrization (frei) ; cross-field (frei) ; quad layout (frei) ; mixed-integer optimization (frei) ; geodesic distance (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 004
ccs: I.3.5

Kurzfassung
Neben Dreiecksnetzen sind Vierecksnetze die bedeutendste diskrete Darstellung von in 3D eingebetteten Oberflächen. Speziell in anspruchsvollen Anwendungen, wie z.B. Animation und Simulation, werden Vierecksnetze aufgrund ihrer Tensorprodukt Eigenschaft, welche in der Praxis einige Vorteile bietet, häufig bevorzugt. Obwohl die Einsatzgebiete weitreichend sind, genügen die heute verfügbaren Generierungsalgorithmen für hochqualitative Vierecksnetze, im Gegensatz zu vergleichbaren Dreicksnetzgeneratoren, noch nicht den praktischen Anforderungen. Die Ursache ist in der komplizierteren intrinsischen Topologie begründet, welche globale anstatt von lokalen Berücksichtigungen erfordert. Diese Dissertation ist neuen Algorithmen gewidmet, welche speziell für die praktischen Anforderungen von Animation und Simulation entwickelt wurden. Innerhalb des ersten Teils werden wichtige Qualitätskriterien, die aus diesen Applikationen resultieren, diskutiert. Obwohl die Ziele beider Anwendungsgebiete sehr verschieden sind, zeigt sich, dass die Qualitätskriterien, welche ein hochqualitatives Netz charakterisieren, identisch sind. Abgesehen von topoligischer Regularität profitieren Anwendungen von geringer Verformung, guter Krümmungsausrichtung zur Verbesserung der Approximationstreue und einer groben Blockstruktur, um leistungsfähige Mapping-Techniken und Multi-Level Löser verwenden zu ermöglichen. Basierend auf Mixed-Integer Optimierung und Graphen Theorie präsentieren wir sorgfältig entworfene Algorithmen zur vollautomatischen Generierung von hochqualitativen Vierecksnetzen mit den zuvor genannten Eigenschaften. Zusätzlich zu der vollautomatischen Generierung ermöglicht ein interaktiver Modus, basierend auf Highlevel-Bedingungen, dem Ingenieur oder Designer die volle Kontrolle über die resultierenden Netze.

Besides triangle meshes, quadrilateral meshes are the most prominent discrete representation of surfaces embedded in 3D. Especially in sophisticated applications like for instance animation and simulation, they are often preferred due to their tensor-product nature, which induces several practical advantages. In contrast to their wide area of application, the available generation algorithms for high-quality quadrilateral meshes are still nonsatisfying compared to their triangle mesh counterparts. The main reason consists in the intrinsically more difficult topology, which requires global instead of local considerations. This thesis is devoted to novel algorithms that are specifically designed for the practical requirements in animation and simulation. First we will discuss important quality criteria, stemming from these applications. It turns out that, although the goal of both application areas is quite diverse, the quality criteria, which characterize a high-quality quad mesh, are identical. Apart from topological regularity, applications benefit from quadrilaterals with low distortion, well chosen curvature alignment to achieve good approximation and a coarse patch-structure in order to enable powerful mapping techniques as well as multi-level solver. Based on mixed-integer optimization and graph theory we propose carefully designed algorithms that are able to generate high-quality quadmeshes with the aforementioned properties in a fully automatic manner. Furthermore, the designer or engineer is still equipped with maximal control by the possibility of interactively influencing the automatic solution by means of additional high-level constraints.

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