We propose a novel optimization framework for computing the medial axis transform that simultaneously preserves the medial structure and ensures high medial mesh quality. The medial structure, consisting of interconnected sheets, seams, and junctions, provides a natural volumetric decomposition of a 3D shape. Our method introduces a structure-aware, particle-based optimization pipeline guided by the restricted power diagram (RPD), which partitions the input volume into convex cells whose dual encodes the connectivity of the medial mesh. Structure-awareness is enforced through a spherical quadratic error metric (SQEM) projection that constrains the movement of medial spheres, while a Gaussian kernel energy encourages an even spatial distribution. Compared to feature-preserving methods such as MATFP and MATTopo, our approach produces cleaner and more accurate medial structures with significantly improved mesh quality. In contrast to voxel-based, point-cloud-based, and variational methods, our framework is the first to integrate structural awareness into the optimization process, yielding medial meshes with superior geometric fidelity, topological correctness, and explicit structural decomposition.


翻译:我们提出了一种新颖的优化框架,用于计算中轴变换,该框架同时保持中轴结构并确保高质量的中轴网格。中轴结构由相互连接的片层、接缝和交汇点组成,为三维形状提供了自然的体积分解。我们的方法引入了一种由受限幂图(RPD)引导的、基于粒子的结构感知优化流程,该流程将输入体积划分为凸胞体,其偶图编码了中轴网格的连通性。结构感知通过球形二次误差度量(SQEM)投影来强制实施,该投影约束了中轴球的移动,同时高斯核能量鼓励均匀的空间分布。与MATFP和MATTopo等特征保持方法相比,我们的方法能产生更清晰、更准确的中轴结构,并显著提高网格质量。与基于体素、基于点云以及变分方法相比,我们的框架首次将结构感知整合到优化过程中,从而产生具有卓越几何保真度、拓扑正确性和显式结构分解的中轴网格。

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