[發(fā)明專利]一種面向數(shù)字孿生的場景輕量化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111172746.7
• 申請日: 2021-10-08
• 公開（公告）號: CN113888716B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設計）人: 劉強;方洛;趙榮麗;鄒廣鑫;嚴都喜
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G06T7/11;G06T7/187;G06T7/269;G06V10/762;G06K9/62;G06F30/20;G06F111/18
• 代理公司: 佛山市禾才知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44379
• 代理人: 劉羽波;陳嘉琦

1.一種面向數(shù)字孿生的場景輕量化方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：輸入模型數(shù)據(jù)，為模型中各個網(wǎng)格頂點計算考慮約束的二次型誤差度量矩陣，計算每個邊對象的最優(yōu)折疊點和對應的折疊代價，并使用三角形正則度作為懲罰函數(shù)對折疊代價進行校正，按照折疊代價的大小，將模型的邊對象壓入堆棧中，逐次從堆棧中取出折疊代價最小的邊對象進行折疊，生成簡化后的三維網(wǎng)絡模型；

步驟二：計算三維網(wǎng)絡模型頂點的表面離散曲率，通過多方向梯度下降方式搜索出曲率值小于所有相鄰點的點作為局部最小值點，并將它們標記出來；遍歷局部最小值點，將局部曲率最小的頂點進行區(qū)域標號，隨機選取多個局部曲率最小的頂點并從這些頂點同時出發(fā)，沿這些頂點的一階鄰域頂點前進直到遇到標記有區(qū)域標號的點為止，將下降路徑上的所有點的集合標記為平坦區(qū)域，即對這些頂點進行區(qū)域分割標記，其中區(qū)域分割標記為區(qū)域標號的集合，利用區(qū)域聚類對過分割的區(qū)域進行合并；

步驟三：計算分割合并后的各個平面之間的歐氏幾何距離，若該距離小于用戶設定的距離閾值，則將其認定為可能接觸面關(guān)系，并在接觸面指定UI界面上標識出來，由用戶決定是否簡化該接觸面，并生成最終的簡化模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向數(shù)字孿生的場景輕量化方法，其特征在于，步驟一中使用二次型誤差度量矩陣方法計算折疊點的折疊代價時，以[x,y,z,1]^T代表網(wǎng)格模型頂點坐標，則網(wǎng)格模型中每個三角形面片的平面方程用ax+by+cz+d＝0來表示，其中a²+b²+c²＝1，d為常數(shù)；網(wǎng)格中某原始頂點v折疊到候選折疊點v’的誤差值Δ(υ)為υ′與v的一階鄰域三角面片的距離平方和：

其中，Co_f＝[a，b，c，d]^T；NF(v)表示原始頂點v的一階鄰域平面的集合；將上式轉(zhuǎn)換為二次型表達式：

記Q(v)＝∑_f∈NF(v)Co_fCo_f^T，其稱為二次型誤差度量矩陣，則邊折疊到候選折疊點的折疊代價Δ(υ‘)表示為：

Δ(υ‘)＝υ′^TQ(υ₁)υ′+υ′^TQ(υ₂)υ′

＝υ′^T(Q(υ₁)+Q(υ₂))υ′

其中，Q(υ₁)、Q(υ₂)為折疊邊的兩點的二次型誤差度量矩陣；通過遍歷網(wǎng)格模型的所有頂點，并逐一計算得到其對應的Q(v)；根據(jù)凹凸連接性考慮頂點邊緣約束、模型邊界約束以及平面幾何約束，設計并計算得到每個頂點的二次型誤差度量矩陣。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向數(shù)字孿生的場景輕量化方法，其特征在于，步驟一中逐一搜索計算三維網(wǎng)格模型中的每個邊對象的最優(yōu)折疊點，根據(jù)最優(yōu)候選折疊點計算邊折疊代價，并根據(jù)三角形面片正則度懲罰函數(shù)對折疊代價予以校正，計算三角網(wǎng)格模型簡化后的三角面片的正則度：

并將其作為懲罰函數(shù)用于校正最終的候選折疊點；

其中：A表示三角網(wǎng)格的面積；l₁、l₂、l₃分別為三角形三條邊的長度；r描述三角網(wǎng)格的質(zhì)量，該參數(shù)值越大，三角形面片的質(zhì)量越好，對于等邊三角形，r＝1；對于狹長三角形，r≈0；最終將邊對象按照折疊代價從小到大的順序依次壓入折疊代價堆棧中儲存；

循環(huán)執(zhí)行模型簡化操作，每次操作都從堆棧頂端取出折疊代價最小的邊進行邊折疊操作，操作后再次逐一搜索計算被折疊邊的相鄰邊的折疊代價和最優(yōu)候選折疊點并更新折疊代價堆棧，直到模型的有效三角面數(shù)量小于等于目標三角面數(shù)量，或者邊的最小折疊代價小于等于誤差閾值時，停止邊折疊簡化操作。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向數(shù)字孿生的場景輕量化方法，其特征在于，所述步驟一中首先讀取模型文件中的頂點、法線和索引數(shù)據(jù)，然后存入以點線面作為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述三維網(wǎng)格模型的拓撲結(jié)構(gòu)關(guān)系。