[發(fā)明專利]一種特征保持的模型簡(jiǎn)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310633664.7
• 申請(qǐng)日: 2013-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN103632394A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王衛(wèi)東;李堅(jiān);李寧;葉華;宋曉寧;胡存剛;郭小芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T17/00
• 分類號(hào): G06T17/00;G06T17/10;G06T19/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維建模和三維模型簡(jiǎn)化方法，屬于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著三維游戲、動(dòng)漫技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)三維場(chǎng)景的真實(shí)感要求越來越高，這必然導(dǎo)致場(chǎng)景中對(duì)象的三維模型越來越復(fù)雜，使得三維模型的數(shù)據(jù)量快速膨脹。而另一方面，如在三維游戲中要求玩家可以與三維場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，這就要求能對(duì)模型進(jìn)行快速的處理、傳輸與儲(chǔ)存，因此，模型簡(jiǎn)化技術(shù)成為一種必要。

對(duì)于三維游戲、動(dòng)漫設(shè)計(jì)、三維服裝CAD設(shè)計(jì)、虛擬試穿、服裝立體裁剪等應(yīng)用，都需要大量的三維人體模型。目前，對(duì)三維人體模型進(jìn)行建模的方法主要有兩種：一種是利用現(xiàn)有的造型軟件，如3DS?Max、Poser、Maya等；另一種方法是是利用三維掃描儀，對(duì)人體進(jìn)行掃描，并根據(jù)掃描數(shù)據(jù)生成三維人體模型。采用軟件進(jìn)行人體建模的缺點(diǎn)是：造型工作繁瑣、工作量大，所得到的三維人體模型顯得呆板、真實(shí)感差。采用三維掃描設(shè)備得到的人體模型省去了復(fù)雜的建模工作、三維模型精度高、真實(shí)感強(qiáng)，但缺點(diǎn)是模型的數(shù)據(jù)量很大，例如：著名的大衛(wèi)雕塑掃描后生成的幾何數(shù)據(jù)就達(dá)到有數(shù)十億三角形之巨。

受限于內(nèi)存容量、總線帶寬和CPU處理性能，繪制這類三維掃描的網(wǎng)格模型具有很大挑戰(zhàn)。因此，對(duì)復(fù)雜的三維掃描模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，自動(dòng)得到一系列的簡(jiǎn)化模型，并在繪制游戲、動(dòng)漫場(chǎng)景時(shí)，根據(jù)繪制對(duì)象的尺寸、位置，使用不同的簡(jiǎn)化模型進(jìn)行繪制，可以極大地提高場(chǎng)景繪制的速度。

模型簡(jiǎn)化最常用的方式是采用刪減法，包括頂點(diǎn)刪除，三角形刪除以及邊的折疊。頂點(diǎn)刪除主要是尋找模型中對(duì)特征影響不大的點(diǎn)，刪除一個(gè)頂點(diǎn)后，重新計(jì)算一個(gè)新的頂點(diǎn)，然后將其邊和三角形重新與其組合。三角形刪除法是針對(duì)模型中比較平坦的三角面片或者是面積比較小的三角面片，將其折疊成一個(gè)頂點(diǎn)，消去三角形達(dá)到簡(jiǎn)化的目的。邊折疊是通過折疊兩個(gè)三角形的某條公共邊為一個(gè)頂點(diǎn)來進(jìn)行簡(jiǎn)化，通常這個(gè)新頂點(diǎn)需要通過公共邊的兩個(gè)頂點(diǎn)來計(jì)算得到。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種對(duì)三維掃描所得到的網(wǎng)格模型進(jìn)行模型簡(jiǎn)化的方法，使用本發(fā)明所提出的方法，可以自動(dòng)得到一系列不同精度的簡(jiǎn)化模型，大大提高對(duì)象建模的工作效率，并借組于場(chǎng)景調(diào)度方法最終提高游戲、動(dòng)漫場(chǎng)景的繪制速度。

本發(fā)明的核心思想是對(duì)經(jīng)過三維掃描儀掃描得到的物體三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)，采用一種特征保持的邊折疊方法進(jìn)行模型簡(jiǎn)化，得到一系列特征保持良好的不同精度的簡(jiǎn)化模型，通過構(gòu)造原始網(wǎng)格模型的多個(gè)逼近表示，當(dāng)采用多分辨率技術(shù)進(jìn)行虛擬場(chǎng)景繪制時(shí)，結(jié)合硬件資源的繪制能力和繪制誤差，選擇最優(yōu)的細(xì)節(jié)層次進(jìn)行繪制，并在保證繪制速度的前提下盡可能提高場(chǎng)景的繪制質(zhì)量。

本發(fā)明提出的特征保持的模型簡(jiǎn)化方法，在保留模型更好的視覺特征的同時(shí)，也相應(yīng)提高了模型簡(jiǎn)化速度。本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)簡(jiǎn)化的網(wǎng)格模型的三角面片數(shù)較少的情況下，也能保持較好的視覺特征，同時(shí)，通過減少計(jì)算代價(jià)，提高了模型簡(jiǎn)化速度。

本發(fā)明將頂點(diǎn)篩選和邊折疊兩種方法進(jìn)行結(jié)合，從而將復(fù)雜模型簡(jiǎn)化成最大化視覺特征保留的精簡(jiǎn)模型。本發(fā)明采用以下步驟實(shí)現(xiàn)模型簡(jiǎn)化：

一種特征保持的模型簡(jiǎn)化方法，包括如下步驟：

1)采用三維掃描儀，對(duì)對(duì)象進(jìn)行掃描，得到原始網(wǎng)格模型；

2）選取原始模型默認(rèn)的公共頂點(diǎn)，判斷相鄰的頂點(diǎn)并組合成四面體；

3)計(jì)算公共頂點(diǎn)的特征度權(quán)值，并與特征度均值進(jìn)行比較，如果該公共頂點(diǎn)的特征度權(quán)值大于特征度均值，轉(zhuǎn)向第4)步，否則，轉(zhuǎn)向第5)步；

4）將公共頂點(diǎn)加入特征度索引列表，該特征度索列表中的頂點(diǎn)將優(yōu)先不進(jìn)行處理，即得到保留；

5）公共頂點(diǎn)放回原頂點(diǎn)索引列表中，并且標(biāo)記為已處理；

6）對(duì)原頂點(diǎn)索引列表中的剩余頂點(diǎn)聯(lián)合相鄰的邊與三角形進(jìn)行邊折疊優(yōu)化；

7）重復(fù)3）、4）、5），直至所有頂點(diǎn)處理完成，模型簡(jiǎn)化完成。

所述公共頂點(diǎn)的特征度權(quán)值的選擇與以及特征度大小判斷方法如下：

1）在組合四面體時(shí)，默認(rèn)公共頂點(diǎn)選取第一個(gè)相鄰邊有3條以上的頂點(diǎn)，若有三個(gè)及三個(gè)以上的頂點(diǎn)共線，分別選取最小點(diǎn)和最大點(diǎn)；

2）分別計(jì)算公共頂點(diǎn)到剩余三點(diǎn)組成的底面的距離、底面法向量與公共頂點(diǎn)相鄰三角形法向量的夾角、公共頂點(diǎn)的高斯曲率，所述距離、夾角、高斯曲率這三個(gè)因子作為權(quán)值共同決定頂點(diǎn)的特征度大小；

3）判斷并選取每個(gè)公共頂點(diǎn)的特征度權(quán)值的最小值與最大值，然后取特征度最小值與最大值的平均值作為特征度均值，當(dāng)公共頂點(diǎn)特征度權(quán)值大于特征度均值的點(diǎn)加入特征度頂點(diǎn)索引列表，反之放回原頂點(diǎn)索引列表。