[發明專利]一種基于預測的三維網格編碼方法

有效

• 申請號: 201210078435.9
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN102625126A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 云惠;李敬華;文波;齊娜
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H04N13/00
• 分類號: H04N13/00;H04N7/26;H04N7/32
• 代理公司: 北京中北知識產權代理有限公司 11253
• 代理人: 馮夢洪

技術領域

本發明屬于圖像處理的技術領域，具體地涉及一種基于預測的三維網格編碼方法。

背景技術

隨著三維掃描和建模技術的發展，三維網格成為繼聲音、圖像、視頻之后的一種新型多媒體數據。由于三維網格數據規模和復雜程度的急劇增長，給三維網格的存儲、處理、網絡傳輸以及瀏覽帶來了很大壓力。因此，必須對三維網格進行高效的壓縮。

三維網格壓縮首先在1995年提出，因此它是一個新的、迅速發展的研究課題。三維網格壓縮根據是否改變原始拓撲連接關系可以分為：不規則網格編碼和重網格編碼兩種。保留原始拓撲連接對于精確的重構原始三維網格的細節信息非常重要。不規則網格編碼主要包括對幾何數據以及拓撲信息的編碼，每個頂點的拓撲信息的編碼大約需要2個比特。幾何數據是連續的(x，y，z)頂點位置，為了對他們進行編碼，需要將其量化成10、12或者14比特的離散數據。但是對不規則網格進行編碼十分困難，因為這些不規則的樣本點與常用的編碼方法并不適用。而且，對于很多應用來說，保留原始的拓撲連接也不是必要的。拓撲信息的編碼需要分配大量的比特，但是對于重構網格的誤差計算卻沒有任何幫助。

幾何圖像是一種新的三維網格表示方法，它一種規則的三維網格表示方法，由原始三維網格生成的幾何圖像是一副與原始三維網格模型對應的真彩色的二維圖像。為了生成幾何圖像，首先將網格進行剖分，以減少參數化過程中帶來的扭曲；然后是其核心步驟：參數化，通常以保持形狀扭曲最小為目標，將網格模型參數化到正方形區域內；之后對參數化后的網格進行離散重采樣，得到二維的規則化網格，該二維網格上的每個柵格點對應三維網格的幾何坐標值(x，y，z)作為二維柵格點的顏色值(r，g，b)。由此，就生成了一副與原始三維網格模型對應的真彩色圖像，由于這幅圖像中存儲的是三維空間中頂點的幾何數據，因此稱之為幾何圖像。按照同樣的方法，可以構造與該幾何圖像對應的法向量紋理圖像和其它信息(如顏色)的圖像。對于零虧格的網格，使用球面參數化可以生成球面幾何圖像。幾何圖像比較光滑，相鄰像素的相關性很強，并且可以采用傳統的圖像壓縮算法進行編碼和傳輸。在解碼端重構三維網格模型時，幾何圖像中每4個柵格點圍成的四方格沿著對角線分裂成兩個三角形，根據柵格點的坐標值和新生成的拓撲連接關系重構出三維網格模型。

隨著計算機圖形學在模擬真實環境方面的廣泛應用和快速發展，人們對其模擬的視覺真實性要求越來越高。紋理貼圖可以通過紋理來表達表面豐富的幾何細節和光照細節，甚至可以通過映射后紋理的變形來表達物體的幾何形狀，法向量紋理圖像是它的一個技術擴展，是一種光照技術，記載了對象表面材質的各個像素對光線的反射向量，由于紋理中存儲的是法向量而不是顏色，所以表面的紋理和陰影細節可以隨著光源位置的改變而發生變化，使模擬的虛擬環境更真實，使人產生身臨其境的感覺，提高操作者的沉浸感。法向量紋理圖像包含的法向量信息是表現三維網格繪制的真實感的重要因素，因此成為三維網格模型中增加真實性的一個重要工具。

法向量圖像中存儲的是原始網格的量化后的法向量信息。它將原始網格的法向量信息(n_x，n_y，n_z)由[-1，1]映射到[0，255]，這樣就能用RGB圖像表示。法向量圖像記錄了原始網格的細節特征，因此在繪制階段能夠提升重構網格的視覺效果。但是，法向量圖像的相鄰像素相關性很弱，并且含有豐富的細節信息，不易于壓縮編碼，如果采用直接對法向量圖像編碼的方法對其進行壓縮編碼，編碼后碼流較大，解碼后圖像的質量不高，繪制階段很難表現重構三維網格模型的真實感。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種編碼后碼流小、解碼后圖像質量高、繪制階段重構三維網格模型的真實感強、視覺體驗好的基于預測的三維網格編碼方法。

本發明的技術解決方案是：這種基于預測的三維網格編碼方法，包括編碼和解碼，編碼利用編碼器并包括以下步驟：

(E1)生成原始幾何圖像、原始法向量紋理圖像；

(E2)對原始幾何圖像進行編碼壓縮生成原始幾何圖像的碼流，并輸出；

(E3)根據原始幾何圖像的碼流生成預測法向量紋理圖像；

解碼利用解碼器并包括以下步驟：

(D1)對解碼端收到的原始幾何圖像的碼流進行解碼，生成重構幾何圖像；

(D6)根據解碼后的幾何圖像和重構的法向量紋理圖像重構出三維網格模型；

其特征在于：在編碼端還包括以下步驟：