一種適用于帶紋理模型的三維模型簡化方法
【專利摘要】本發明公開了一種適用于帶紋理模型的三維模型簡化方法，其步驟為：1、獲取三維模型網格信息；2、自動標記出可合并和不可合并的三角形；3、對可合并的三角形，計算其合并操作代價；4、確定合并操作代價最小的三角形，執行合并操作，更新受影響的三角形合并操作代價；5、如果剩余三角形數目達到要求或者模型無法繼續簡化，轉步驟6，否則轉步驟4；6、簡化結束，輸出模型。紋理映射是模型視覺效果中很重要的一個部分,本發明提出了一種適用于帶紋理模型的三角形合并代價準則，把三角形合并的二次誤差和紋理變化量度量結合起來作為三角形的合并代價，不僅考慮了幾何誤差，還考慮了紋理變化因素，在簡化的同時盡可能保持原模型的紋理映射效果,從而保證簡化前后模型視覺效果變化較小。
【專利說明】一種適用于帶紋理模型的三維模型簡化方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于圖像處理領域，主要涉及到帶紋理的三維網格模型的簡化方法。
【背景技術】
[0002]隨著網絡技術的飛速普及，以及用戶需求的提升，網絡傳輸的內容逐步由靜態二維圖像向三維立體圖像轉變。為了能夠有效提高數據傳輸效率以及顯示速度，通常需要對三角形網格模型進行簡化，用較少的三角形面片來構成模型網格。
[0003]網格簡化方法一般可以分為以下四類:采樣、自適應細分、刪除和頂點合并。其中，頂點合并方法的基本原理是將模型中的兩個或多個頂點收縮到一個頂點，通過合并頂點來減少三角形的個數，特點是方法清楚，易于實現，但是必須采用不同的策略來判斷按照什么順序進行合并。由于頂點合并的簡單性和健壯性，它已經成為三維模型網格簡化的主要方法。頂點合并根據合并元素的不同，分為:邊折疊、三角形折疊等。
[0004] 現有的網格簡化方法大部分都只度量簡化前后的幾何誤差，不考慮其他屬性，如法向量、紋理的變化。Garland提出了二次誤差測度的邊折疊算法。這種算法速度快，簡化模型質量高，目前被廣泛引用和改進。隨后，Garland在自己的工作基礎上進行改進，提出了一種帶顏色和紋理的QEM邊折疊算法。Hoppe在該方法基礎上又進行了改進，修改了帶屬性的QEM，并加上了面積權重，取得了更好的效果。
[0005]前述現有的帶紋理的網格簡化方法都是基于邊折疊算法的，邊折疊算法在迭代過程中是以邊為單位進行迭代排序的，應用該方法有個隱含條件，即:法向量和紋理坐標跟頂點是一一對應的，頂點個數與法向量和紋理個數是一致的。邊折疊操作如圖2所示。V1的相鄰三角形有 5 個,分別記為 V2 v3), b (V1 V3 v4), c (Vi V4 v5), (Kv1 V5 v6), e (V1 V6v2)。V1幾何坐標記為(vlx, vly, vlz),在三角形a中的法向量記為(nlax, nlay, nlaz),在三角形a中的紋理坐標記為(ulax，Ulay),在其他三角形中以此類推。如果不考慮法向量和紋理，在不同的三角形中V1的幾何坐標保持一致。在應用Garland邊折疊網格簡化方法時，V1坐標為(vlx, vly, vlz)。如果需要考慮紋理，V1坐標需要擴展為(vlx, vly, vlz, ulx, Uly),如果需要考慮法向量，那么V1坐標需要擴展為(vlx，vly, vlz, nlx, nly, nlz)。如果法向量和紋理坐標的索引是按三角形排列，即在不同的三角形中法向量和紋理坐標的索引與頂點索引不一致，那么這里的Ulx和Uly可能無法取值，因為可能出現Ulax Φ Ulbx Φ Ulcx關…。因此,如果應用基于邊折疊的方法進行帶紋理網格簡化，必須保證每個頂點只對應一個法向量和紋理坐標。那么，應用Garland基于邊折疊方法進行帶紋理網格簡化的前提條件是該三維網格模型法向量隊列、紋理隊列各自的長度與頂點隊列長度相同，且在每個三角形中，法向量和紋理的索引與三角形頂點索引保持一致。
[0006]但在實際應用中，常常出現幾何坐標與法向量和紋理坐標不對應的情況，即同一頂點在不同的三角形中可以應用不同的法向量和不同的紋理坐標。以表述三維網格模型的文件格式之一:0BJ文件格式為例，在該文件格式中，每個三角形都有9個索引值，按照a/uva/na/b/uvb/nb/c/uvc/nc格式排列,其中a, b, c代表三個頂點的坐標索引,uva, uvb, uvc代表三個頂點的紋理坐標索引，na，nb,nc表示三個頂點的法向量索引，不同的隊列長度，不同的索引值，必然導致在不同三角形中頂點的法向量和紋理坐標不一致。

【發明內容】

[0007]針對現有技術中存在的問題，本發明提出了一種適用于帶紋理模型的三維模型簡化方法，該方法采用基于三角形合并的簡化策略，在迭代過程中以三角形為單位進行迭代排序，避免了頂點紋理坐標在不同三角形中不一致時難以處理的問題，同時，針對三角形合并的特點，提出了一種適應三角形合并簡化方法的簡化準則進行三維模型網格簡化。
[0008]本發明的技術解決方案是:一種適用于帶紋理模型的三維模型簡化方法，其步驟為:
[0009]步驟1:導入三維模型，建立模型的拓撲關系，根據相鄰三角形的拓撲結構，標記每個頂點是否為邊界頂點或復雜頂點；
[0010]步驟2:遍歷三維模型中所有三角形，自動標記出不可以合并和可以合并的三角形；
[0011]步驟3:對不可以合并的三角形，把其合并操作代價AM設為最大值MAX ;對可以合并的三角形，計算每個三角形的面積Sv、三角形映射紋理區域的面積Stex,并進一步計算其相對最優合并點Vtl和合并操作代價AM ；
[0012]步驟4:對步驟3中所有三角形的合并操作代價Λ M按從小到大進行排序，放入一個優先隊列Q中；
[0013]步驟5:執行隊列最頂端的最小AM對應的三角形合并操作，更新該操作所影響到的所有三角形的合并代價值AM，同時根據AM更新這些三角形在優先隊列Q中的位置；
[0014]步驟6:重復步驟5直到用于表達模型的三角形數目達到預定要求或者隊列Q中不存在可合并的三角形。
[0015]所述步驟2中不可以合并和可以合并的三角形判定方法具有如下特點:對三角形中每個頂點，讀取所述步驟I中標記的頂點屬性，根據頂點屬性決定該三角形是否可以合并:如果三角形三個頂點都為邊界頂點，那么該三角形為不可以合并的三角形；如果三角形中任一頂點為復雜頂點，那么其相鄰三角形均為不可以合并的三角形；如果三角形三個頂點均不屬于上述兩種情況，那么三角形為可合并三角形。
[0016]所述步驟3中，合并操作代價Λ M的計算方法如下:
[0017]合并代價引入了 Garland算法中的二次誤差度量，在該度量的基礎上加上了紋理變化因子，三角形三個頂點記為Vl，V2, V3，具體計算公式如下:
【權利要求】
1.一種適用于帶紋理模型的三維模型簡化方法，其特征在于，其步驟為: 步驟1:導入三維模型，建立模型的拓撲關系，根據相鄰三角形的拓撲結構，標記每個頂點是否為邊界頂點或復雜頂點； 步驟2:遍歷三維模型中所有三角形，自動標記出不可以合并和可以合并的三角形； 步驟3:對不可以合并的三角形，把其合并操作代價AM設為最大值MAX;對可以合并的三角形，計算每個三角形的面積Sv、三角形映射紋理區域的面積Stex,并進一步計算其相對最優合并點％和合并操作代價ΔM ； 步驟4:對步驟3中所有三角形的合并操作代價AM按從小到大進行排序，放入一個優先隊列Q中； 步驟5:執行隊列最頂端的最小AM對應的三角形合并操作，更新該操作所影響到的所有三角形的合并代價值AM，同時根據AM更新這些三角形在優先隊列Q中的位置； 步驟6:重復步驟5直到用于表達模型的三角形數目達到預定要求或者隊列Q中不存在可合并的三角形。
2.根據權利要求1所述的三維模型簡化方法，其特征在于:所述步驟2中不可以合并和可以合并的三角形判定方法具有如下特點:對三角形中每個頂點，讀取所述步驟I中標記的頂點屬性，根據頂點屬性決定該三角形是否可以合并:如果三角形三個頂點都為邊界頂點，那么該三角形為不可以合并的三角形；如果三角形中任一頂點為復雜頂點，那么其相鄰三角形均為不可以合并的三角形；如果三角形三個頂點均不屬于上述兩種情況，那么三角形為可合并三角形。
3.根據權利要求1所述的適用于帶紋理模型的三維模型簡化方法，其特征在于:所述步驟3中，三角形的合并操作代價AM的計算具有如下特征: 合并操作代價ΛΜ的計算方法: 合并代價引入了 Garland算法中的二次誤差度量，在該度量的基礎上加上了紋理變化因子，三角形三個頂點記為V1, V2, V3，具體計算公式:
4.根據權利要求1所述的適用于帶紋理模型的三維模型簡化方法，其特征在于:所述步驟3中，三角形的相對最優合并點Vtl的計算具有如下特征: 對所述步驟2中標記的可以合并的三角形，標記其邊界點的個數n，n的取值為O，1，2 ;分為3種情況計算相對最優合并點Vtl的位置: n=0時,分別選取三個頂點(vel、vc2> vc3)三條邊中點(vc4、vc5> vc6)以及三角形中心Vc7作為候選頂點，分別計算合并到這7個候選點的合并操作代價AMid7，取最小的合并代價作為當前三角形的合并代價AM，并將對應頂點設為相對最優合并點Vtl ； n=l時，選取該三角形唯一的邊界點為三角形收縮的相對最優合并點Vtl，三角形合并到該點的合并代價即為當前三角形的合并代價AM; n=2時,兩個邊界點記為vbl、vb2,這兩個頂點的中點記為vb3，把vbl、vb2和vb3作為候選點，分別計算合并到這3個候選點的合并操作代價AMp3，取最小的合并代價作為當前三角形的合并代價AM，并將對應頂點設為相對最優合并點V(l。
5.根據權利要求1所述的適用于帶紋理模型的三維模型簡化方法，其特征在于:所述步驟I中，對每個頂點，標記其相鄰三角形、相鄰頂點、相鄰邊，根據相鄰信息標記每個頂點的頂點屬性:普通頂點、邊界頂點、復`雜頂點、孤立頂點。
【文檔編號】G06T17/00GK103714577SQ201410031254
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月23日 優先權日:2014年1月23日
【發明者】唐慧, 王征, 朱春雷 申請人:焦點科技股份有限公司