近日，厦门大学计算机图形学课题组的研究成果“Efficient Offset Mesh Generation with Preserved Features and Boundaries”被ACM Transactions on Graphics (TOG) 录用。ACM TOG是计算机图形学领域顶级学术期刊，由美国计算机协会(ACM)出版，主要刊载渲染、建模、动画、可视化等前沿研究，是图形学领域核心成果的重要展示平台。该研究针对传统偏移网格生成方法在精度、拓扑正确性和效率等方面面临的挑战，提出了一套基于点云表示的直接偏移方法，可高效生成高精度、高拓扑正确性且能够保持偏移表面特征与边界的偏移网格。
等距偏移网格在计算机辅助几何设计与计算机辅助工程中起着十分关键的作用，其定义可看作输入网格与球体的闵可夫斯基和/差所得实体的边界，或者到输入网格距离场的某个等值面。尽管偏移操作在概念上较为直接，但要生成几何与拓扑均正确的偏移网格仍极具挑战。基于等值面提取的方法已被广泛研究，但这类方法忽视了原始输入几何的信息，仅能隐式地保持特征，且传统距离场定义无法保持原始模型的边界；基于直接偏移的方法充分利用了输入几何信息，但对所产生的大量相交面片缺乏鲁棒高效的处理方案。
沿循直接偏移的思想，论文提出了一套基于点云表示的偏移网格高效生成方案。该方法利用点云充分表达偏移表面及其上特征，并结合自适应拓扑感知的限制Power图重建策略，高效、准确地构建出所需的偏移网格。研究专门设计了面向偏移表面的特征增强方案，可充分利用输入网格信息定位并增强偏移表面上需要保持的特征和边界。在特征增强后的点云上，通过在隐式偏移表面上计算受限Power图来获取偏移点之间的连接关系，进而生成保持特征的结果网格，克服了传统受限Voronoi/Power图重建依赖显式基底表面的局限。重建过程中，对拓扑可能存在歧义的区域进行自适应细分，并依据显式规则处理可能产生非流形的情形，保证了结果网格具备下游应用所需的流形性。针对特定应用对保持原始边界的需要，借助所设计的特征增强方案，可通过后处理策略实现准确的边界保持。该方案各步骤均以点为处理单元，利用设计的并行计算策略，可高效进行处理。
在大规模数据集上的实验结果显示，该方法耗时短、鲁棒性强，可生成由用户指定偏移距离和密度的高精度偏移网格。在对比实验中，相较现有先进方案，本方法在特征保持和边界保持方面表现更优，在传统方法常遇挑战的极端尖锐特征区域、双层薄壁区域、细管区域等均能给出拓扑正确的结果。定量统计数据表明，在网格质量指标达到相近甚至更优水平的情况下，本方法的计算耗时较现有先进方案降低了一至两个数量级。
论文由厦门大学黄灿嘉同学、厦门大学曹娟教授、英国卡迪夫大学邓柏林教授、广州中望龙腾软件黄江波、广州塑境互动科技银鸽博士、厦门大学陈中贵教授合作完成，其中曹娟教授为通讯作者。该项目得到国家自然科学基金项目 (No. 62272402, No. 62372389) 和福建省自然科学基金项目 (No. 2024J01513243) 支持。未来课题组将继续探索高质量偏移几何模型的生成。