[發明專利]一種三維圖形自動簡化生成方法

有效

• 申請號: 201711071200.6
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN107945258B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 鄭家祥;栗韶遠;唐睿;王銳
• 申請（專利權）人: 杭州群核信息技術有限公司
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T7/13
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種三維圖形自動簡化生成方法，包括：(1)在預處理三維圖形的基礎上，通過對三維圖形中幾何變化顯著的位置引入虛擬邊界，并將所述虛擬邊界的邊界約束添加至對應頂點的二次誤差矩陣中；(2)對邊進行預檢查以確定所述邊對應面片的法向變化程度，并根據所述法向變化程度與所述邊的二次誤差矩陣確定邊的簡化優先級；(3)按照簡化優先級，迭代收縮最小二次誤差對應的邊，并更新對應影響的邊的二次誤差矩陣和簡化優選級，滿足迭代終止條件后，輸出自動簡化生成的三維圖形。方法在平衡簡化率與簡化質量上具有突出的進步。

技術領域

本發明屬于圖形學幾何分析領域，尤其涉及一種三維圖形自動簡化生成方法。

背景技術

隨著計算機圖形學與計算機視覺技術的發展，三維模型的應用場景越來越廣。而隨著模型精度的提高，無論是存儲、傳輸還是渲染方面，都會消耗大量的資源。很多場景下，我們對三維模型的需求只是滿足視覺上的一個大致顯示，并不需要太高的精度。如隨著WebGL技術的發展，人們可以將很多的操作移植到瀏覽器端，構造出一個復雜的交互應用。但很多情況下因為模型的過于復雜導致整個應用變得非常卡頓，對模型進行一定程度的簡化就可以很有效地緩解這個問題。

實際上，對于模型簡化的研究工作可以追溯到上世紀90年代。其中最經典的是基于邊折疊(Edge Collapse)的方法，而以Garland等人提出的基于二次誤差(Quadric ErrorMetric)模型簡化方面的工作最為有影響力。后續模型簡化方面的工作也基本在此基礎上進行改進。

然而，現有的這些方法依然有一些不足之處：

(1)對于一些尖銳的薄面處理上，Garland等人雖然在后面的工作中把幾何邊界約束加入到誤差的考慮范疇中，但對于非幾何邊界的尖銳薄面，原始的QEM方法依然不能很好地處理，會導致尖銳面被“壓平”。

(2)由于QEM方法是基于點到面的幾何距離來定義二次誤差，對于那些二次誤差為0，但可能會導致模型面片法向翻轉的情況，依然會納入簡化的候選列表中，顯然這種情況應該要避免掉。究其原因在于，QEM方法會將所有的候選集合維護在一個優先隊列中，優先級直接定義為二次誤差越小，優先級越高，這樣帶來的問題在于很多情況下，二次誤差雖然很小，但由于會導致簡化結果糟糕，所以其對應的優先級應該非常低。

(3)對于那些帶紋理和法向信息的模型，現有技術中主要將紋理與法向信息加入到二次誤差對應的誤差矩陣中，將原來三維矩陣擴展到高維進行優化求解，導致計算時間大幅增加。

(4)現有技術中，只能通過對比它與原始模型的Hausdorff距離來判斷是否簡化結果合理。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種三維圖形自動簡化生成方法。該方法將二次誤差歸一化到同一個尺度，定義相應的合理指標，使得自動的簡化控制成為可能。

本發明實施方式提供的一種三維圖形自動簡化生成方法，包括以下步驟：

在預處理三維圖形的基礎上，通過對三維圖形中幾何變化顯著的位置引入虛擬邊界，并將所述虛擬邊界的邊界約束添加至對應頂點的二次誤差矩陣中；

對折疊邊進行預檢查以確定所述折疊邊對應面片的法向變化程度，并根據所述法向變化程度與所述折疊邊的二次誤差矩陣確定邊的簡化優先級；

按照簡化優先級，迭代收縮最小二次誤差對應的邊，并更新所有關聯面片對應的邊的二次誤差矩陣和簡化優先級，滿足迭代終止條件后，輸出自動簡化生成的三維圖形。

與現有技術相比，本發明具有的優點為：