專利名稱：基于外觀保持的三維模型簡化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種三維模型簡化方法，屬于計算機圖形圖像處理技術領域。
背景技術：
三維模型作為三維仿真應用的基本組成部分，隨著仿真系統(tǒng)的日益復雜，為了追求更高的真實感，三維模型變得越來越精細，導致模型的規(guī)模愈加龐大。但是高分辨率的模型對于計算機系統(tǒng)的存儲容量、處理能力、渲染速度、傳輸速度等構成極大挑戰(zhàn)，難以滿足實時渲染的要求。在實際應用中，針對不同的應用場合，考慮到計算機的處理能力和場景的真實感等因素平衡折衷，一般選擇一個合適的低分辨率模型代替原始高分辨率模型，降低系統(tǒng)開銷，即模型簡化。模型簡化的目的是通過特定的方法，降低原始模型的規(guī)模，同時在簡化過程中盡量保持原始模型的形狀和特征。目前已有三角形模型簡化方法按照幾何元素操作基礎可以劃分為頂點刪除方法、三角形面片刪除方法和邊折疊方法三類。其中邊折疊方法由于速度、 健壯性的優(yōu)勢，以及作為增量式簡化具有自然生成多分辨率模型的優(yōu)點，獲得了廣泛深入的應用。其基本思想是在每一次簡化操作中以邊作為被刪除的基本幾何元素，并增加一個新點，所有與被刪除的邊相連的點都與該新點相連，使模型仍保持三角形網(wǎng)格。在迭代進行多次選擇性邊折疊后，模型可簡化至任意分辨率。邊折疊方法關鍵需要解決兩個主要問題，即選取折疊邊和確定代替邊上新頂點的位置。Garland 等人在〈〈Surface simplification using quadric error metric〉〉中提出的二次誤差度量(Quadric Error Metric，簡稱QEM)方法，將簡化誤差度量簡化為計算簡單的頂點到相關平面的距離平方和，然后依據(jù)誤差大小來排序各條待收縮邊，控制簡化過程。 假設對邊(Vi，\)進行折疊，則與邊(UP相關聯(lián)的三角形集合Planes (i，j)構成了原模型上的一個區(qū)域。將一次邊折疊操作記作(H)—卩分為如下三步改變模型(1)將頂點\移到位置(2)將出現(xiàn)Vj的所有地方用Vi代替，即將所有關聯(lián)至Vj的邊關聯(lián)至Vi ；(3)刪除V」，刪除所有的退化邊和退化三角形。設折疊后生成的新位置；；=，定義這次折疊帶來的新誤差Δ00為^到三角形集合Pianes(i，j)中每個三角形所在面的距離的平方和，即Σ(^v)2
ρ&Planes (i,j)其中ρ = [a b c d]T表示三角型集合，Planes (i，j)中的每個三角形所在面的方程nTv+d = 0，其中n = [a b c]T為單位向量，d是距離常量，點[到任一平面距離的平方和
可表示如下
D2p(v) = (pTvf =Vt(PPt)V = VtKpV(1) Kp ^ 4X4的對稱矩陣，稱為三角形的誤差矩陣，定義如下
權利要求
1.一種基于外觀保持的三維模型簡化方法，包括以下步驟一、讀入模型數(shù)據(jù)；二、對模型頂點進行分類，分為邊界點和非邊界點，并計算所有三角形平均面積；三、計算每個頂點的二次誤差度量矩陣Q，頂點所有相關三角形面積Si以及個數(shù)m，并且計算每個頂點的近似法矢量 設頂點的m個相關平面的法矢量分別為η”面積為Si，mmi e (l，m)，則該頂點的近似法矢量為-Jip=Y4S1ThIY4S1 ,i=\ i=\四、計算每一條邊(vi，vp的折疊代價value，根據(jù)value數(shù)值大小，將所有待折疊邊放入優(yōu)先隊列；計算折疊代價的方法為首先判斷Vi和\的類型，如果其中有邊界點，則將該邊的折疊代價賦值為大于所有折疊代價的數(shù)值MAX，如果沒有，則使用常規(guī)的二次誤差度量方法計算最佳折疊點[和折疊代價 value ；五、從優(yōu)先隊列中取出折疊代價最小的邊進行簡化操作；六、判斷是否達到簡化要求，若達到，則輸出簡化后模型，否則從步驟二開始重新執(zhí)行模型的簡化過程。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于外觀保持的三維模型簡化方法，其特征在于，步驟三中計算折疊代價的方法為(1)首先判斷Vi和\的類型，如果其中有邊界點，則將該邊的折疊代價賦值為大于所有折疊代價的數(shù)值MAX，如果沒有，則使用常規(guī)的二次誤差度量方法計算最佳折疊點[和折疊代價value ；(2)根據(jù)[的位置計算其近似法矢量，與Vi和Vj法矢量之和進行比較；用戶在90°和 180°之間設定一個角度α，若兩個矢量角度相差超過α，則將誤差value賦值為MAX，若相差不超過α，則根據(jù)Vi和Vj的相關三角形的面積和個數(shù)，計算待折疊邊相關三角形平均面積 ，并根據(jù)-I的值是否大于0判斷是否屬于模型精細部分，若大于0則屬于模型精細部分，折疊代價ra/w = value χ d χ (sa /s)，否則保持value數(shù)值不變；其中d為細節(jié)保留程度常數(shù)，由用戶設定，d的值越大，細節(jié)保留程度越高。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種基于外觀保持的三維模型簡化方法，其特征在于，所述MAX為所使用數(shù)據(jù)類型的最大值。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種基于外觀保持的三維模型簡化方法，其特征在于，步驟六中若未達到簡化要求，在重新執(zhí)行模型的簡化過程中，采用局部更新策略，只更新受影響的邊的折疊代價。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于外觀保持的三維模型簡化方法，包括以下步驟一、讀入模型數(shù)據(jù)；二、將模型頂點分為邊界點和非邊界點；三、計算每個頂點的二次誤差度量矩陣Q及其他參數(shù)；四、計算每一條邊(vi，vj)的折疊代價value，計算折疊代價時，根據(jù)是否是邊界點、是否引起凹凸變化以及是否是細節(jié)圖像，調整折疊代價；五、從優(yōu)先隊列中取出折疊代價最小的邊進行簡化操作；六、判斷是否達到簡化要求，若達到，則輸出簡化后模型，否則從步驟二開始重新執(zhí)行模型的簡化過程。本發(fā)明保持了二次誤差度量的高效性，最大限度的保持模型外觀的一致性、簡單易行、簡化速度快、魯棒性好。
文檔編號G06T17/00GK102306394SQ201110252448
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權日2011年8月30日
發(fā)明者李仲君, 李鳳霞, 趙鄧, 陳宇峰 申請人:北京理工大學