专利名称：一种面向普适终端的三维网格模型连续多分辨率编码方法
技术领域：
本发明涉及三维网格模型的多分辨率建模和重建技术领域，具体涉及到移动图形领域的多分辨率建模和重建技术，尤其涉及一种面向普适终端的三维网格模型连续多分辨率编码方法。
背景技术：
随着无线网络、移动计算技术的不断发展，人们对移动三维图形应用的实时性和交互操作要求越来越高。但是移动计算终端计算能力和存储器容量相对较低，显示屏幕较小，尺寸不规范，电池续航能力有限。这些因素极大制约了交互三维图形在移动计算终端的应用。多分辨率建模技术是较好的解决方案。多分辨率表示技术用一种统一的数据结构来刻画各种不同精细程度的模型表现形式。具体的精细程度可由一个变量控制，只要给该变量赋一个值，就可以得到一个某种精细程度的简化模型结果，从而动态、随机地根据用户的需要，生成不同精细程度的三维网格模型。在绘制多分辨率表示时，要根据硬件绘制平台的绘制性能，选择适当的层次细节模型，取得绘制速度和绘制质量之间较好的平衡。从控制绘制误差的角度出发，通常采用的模型选择策略如下视锥判断策略，也称为基于视点的层次细节模型选择策略，主要思想是对于视锥外的层次细节模型粗化；背面判断策略，将背向视线方向的层次细节模型粗化；面积判断策略，将屏幕空间投影面积大的层次细节模型细化；轮廓保留策略，将位于轮廓附近的层次细节模型细化；曲率判断策略，将曲率变化大的区域细化。但上述基于视点的层次细节模型选择策略所带来的最大问题是计算量太大，无法适用于硬件计算能力有限的普适计算环境。除此之外，仅从控制模型绘制误差的角度出发， 未充分考虑绘制平台的硬件性能，如移动终端屏幕尺寸不一等实际情况。在具体调整与控制模型分辨率时，目前的大多数算法都是通过三维网格模型的三角片数、顶点数，或逼近模型的简化误差来控制。由于未考虑模型自身尺寸和屏幕大小对模型分辨率的要求，因此要得到既满足精度要求、又不会因过多冗余细节信息造成资源浪费的模型，通常需要人工干预，并进行多次调整。以至在屏幕尺寸无法统一的移动终端上，有时因使用过于细密的网格而形成显示糙点，甚至造成系统资源浪费以至运行困难；有时又因使用过于粗糙或简化误差太大的网格模型而无法达到满意的视觉效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种面向普适终端的三维网格模型连续多分辨率编码方法，通过边折叠网格简化构建多分辨率网格模型，并记录边折叠操作所消除的两个三角形面片的面积，以达到可应用于任意拓扑结构的网格模型，并提供误差控制的连续分辨率网格的目的。为了解决上述问题，本发明提出了一种面向普适终端的三维网格模型连续多分辨率编码方法，所述方法包括服务器端采用特征强化的二次误差测度方法对网格模型进行简化；所述服务器端基于上述简化过程构建分辨率连续可调的多分辨率网格结构；所述服务器端将所述分辨率连续可调的多分辨率网格结构传输至普适终端；
所述普适终端根据终端屏幕的分辨率大小和网格结构携带的分辨率信息确定所接收的多分辨率网格结构对应的分辨率大小。优选地，所述服务器端采用特征强化的二次误差测度方法对网格模型进行简化的步骤包括计算每一个网格顶点处对应的离散平均曲率值及二次误差测度值；根据所述每一个网格顶点处对应的离散平均曲率值及二次误差测度值计算每一条网格边对应的特征强化的二次误差测度；根据所述每一条网格边对应的基于特征强化的二次误差测度值的大小对所有网格边排序，对二次误差测度值最小的边删除并获得新的网络模型；判断所述新的网络模型的细节信息是否简化完毕，若是，则结束简化过程并获得最简化的基网络Mtl，若否，则返回继续计算每一个网格顶点处对应的离散平均曲率值及二次误差测度值。优选地，所述服务器端基于上述简化过程构建分辨率连续可调的多分辨率网格结构的步骤包括记录简化所得的最简化的基网格为Mtl ；根据基于特征强化的二次误差测度简化过程建立渐进网格模型MultiR_M = {M0, {split。，Split1…，splitj}，其中，Spliti保存信息包括被收缩的边对应的顶点对(νι; v2)，与(Vl，v2)均相邻的两个顶点V1和^，边收缩所对应的类型，网格模型所对应的分辨率 fn 息 Ri ο优选地，所述普适终端根据终端屏幕的分辨率大小和网格结构携带的分辨率信息确定所接收的多分辨率网格结构对应的分辨率大小的步骤包括所述普适终端根据从所述服务器端接收到的最简化的基网络Mtl计算模型的包络盒尺寸，根据所述包络盒尺寸和终端屏幕的显示分辨率计算每个像素对应的面积；根据所接收到的三维网格模型的数据以及所述每个像素对应的面积进行解码重建，得到当前普适终端屏幕所能显示的最高分辨率模型。优选地，通过无线网络采用渐进传输法将分辨率连续可调的多分辨率网格结构传输至普适终端。实施本发明实施例，可以避免三维网格模型在分辨率较小时所出现的网格特征损失过多的情况，从而避免多分辨率构造方法会碰到的在较小分辨率时出现的严重失真问题；另外，根据网格分辨率和普适终端显示分辨率的对应关系，通过边折叠操作对应的被删除三角形的平均面积记录网格模型的分辨率，再根据终端的屏幕分辨率信息自适应选择网格模型分辨率，因此可较好改善模型分辨率与屏幕分辨率不匹配的情况。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是本发明实施例的面向普适终端的三维网格模型连续多分辨率编码方法的流程示意图；图2是本发明方法具体实施例的流程示意图；图3a、3b、3c、3d是采用本发明实施例的面向普适终端的三维网格模型连续多分辨率编码方法的简化和分辨率选择效果图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。图1是本发明实施例的面向普适终端的三维网格模型连续多分辨率编码方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括S101，服务器端采用特征强化的二次误差测度方法对网格模型进行简化；S102，服务器端基于上述简化过程构建分辨率连续可调的多分辨率网格结构；S103，服务器端将分辨率连续可调的多分辨率网格结构传输至普适终端；S104，普适终端根据终端屏幕的分辨率大小和网格结构携带的分辨率信息确定所接收的多分辨率网格结构对应的分辨率大小。进一步地，SlOl可进一步包括计算每一个网格顶点处对应的离散平均曲率值及二次误差测度值；根据每一个网格顶点处对应的离散平均曲率值及二次误差测度值计算每一条网格边对应的特征强化的二次误差测度；根据每一条网格边对应的基于特征强化的二次误差测度值的大小对所有网格边排序，对二次误差测度值最小的边删除并获得新的网络模型；判断新的网络模型的细节信息是否简化完毕，若是，则结束简化过程并获得最简化的基网络Mtl，若否，则返回继续计算每一个网格顶点处对应的离散平均曲率值及二次误差测度值。S102 包括记录简化所得的最简化的基网格为Mtl ；根据基于特征强化的二次误差测度简化过程建立渐进网格模型MultiR_M = {M0, {split。，Split1…，splitj}，其中，Spliti保存信息包括被收缩的边对应的顶点对(νι; v2)，与(Vl，v2)均相邻的两个顶点V1和^，边收缩所对应的类型，网格模型所对应的分辨率 fn 息 Ri ο
S103可通过以下方式实现通过无线网络采用渐进传输法将分辨率连续可调的多分辨率网格结构传输至普适终端。S104 包括普适终端根据从服务器端接收到的最简化的基网络Mtl计算模型的包络盒尺寸，根据包络盒尺寸和终端屏幕的显示分辨率计算每个像素对应的面积；根据所接收到的三维网格模型的数据以及每个像素对应的面积进行解码重建，得到当前普适终端屏幕所能显示的最高分辨率模型。具体实施中，本发明实施例所用到的基于特征强化的边折叠简化过程如下步骤1 计算每一个网格顶点出对应的离散平均曲率值；步骤2 计算每一个网格顶点出对应的二次误差测度值； 步骤3 根据每一个顶点对应的离散平均曲率值和二次误差测度值计算出每一条网格边对应的基于特征强化的二次误差测度值；步骤4:根据网格边对应的基于特征强化的二次误差测度值对网格边排序，对二次误差测度值最小的边实施边折叠操作，得到新的网格模型，并重复步骤1-4，直到得到最简化的基网格M0 ；(继续简化将丢失网格模型的较大特征或轮廓信息)；步骤5 记录恢复每一次边折叠简化操作所需的最少信息和边折叠操作所消除的三角面片的平均面积；步骤6 根据基网格和步骤5对应的网格简化过程及其对应的分辨率信息，构建分辨率连续变化的多分辨率网格结构MultiR_M = {M0, {split。，Split1…，splitj}。为了在网格重建时正确恢复出原有的拓扑结构，并明确当前的分辨率信息， split,需要保存以下信息被收缩的边对应的顶点对(Vl，v2)，与(Vl，v2)均相邻的两个顶点V1和\，边收缩所对应的类型(是否为边界边)，以及执行当前操作后所得网格模型所对应的分辨率信息氏。网格模型所对应的分辨率信息Ri定义如下=Ri = Ai,其中Ai为当前边折叠操作Spliti所删除的三角形面片的平均面积。当多分辨率网格结构构建完成后，它就可以被应用到普适环境下的网格传输和普适终端的网格应用。应用过程可分成以下几个步骤步骤1 首先在服务器端通过无线网络传输基网格；步骤2 当移动终端在从服务器端通过网络上接收根据以上算法建立渐进网格模型MultiR_M= {M0, {split。，Split1…，splitj}时，首先根据接收到的最简化的基网格M0 计算模型的包络盒尺寸LXWXH，然后根据包络盒尺寸和终端屏幕的显示分辨率RhXRw计算出每个像素对应的面积Ap，Ap = (max(L, W，H)/max (RhXRw))2,由于渲染每个三角面片至少需要三个像素点，因此在继续接收Spliti信息时，将其中记录的当前分裂操作所生成的新三角形平均面积Ai与Ap进行比较，当Ai < 3XAP时，说明该分裂操作产生的新三角面片将因重复渲染而形成糙点。因为Spliti不是根据分裂操作生成的新三角形平均面积排序，所以从spliti+1至 splitn所记录的分裂操作所生成的新三角形平均面积Ai+1，Ai+2，…，An有可能大于3XAP。但由于从spliti+1至Splitn对应的边收缩权值均小于Spliti对应的边收缩权值，即从spliti+1 至Splitn每一次边收缩操作对模型视觉效果的影响均小于split,。而边收缩Spliti本身对模型视觉效果的影响已经小到超出屏幕分辨率可以区分的范围。
步骤3 普适终端在接收细节信息Spliti, (0 ^ i ^ η)时，根据Spliti记录的分辨率信息(即Spliti对应的边折叠操作所删除的三角形面片的平均面积Ai)判断Ai与3ΧΑΡ 之间的关系，如果Ai > 3ΧΑΡ，说明对于当前移动终端来说，SplitiK记录的模型细节是必要的；如果Ai彡3ΧΑΡ，则说明对于当前移动终端来说，split,所记录的模型细节已经超出了屏幕对应的可分辨精度，停止数据接收。图2是 本 明方法具体实施例的流程示意图，如图2所示，该方法包括S201，输入三维网格模型；S202，计算模型各顶点基于特征强化的二次误差测度值；S203，根据基于特征强化的二次误差测度值进行边折叠简化；S204,求得边折叠简化删除的三角形面片对应的平均面积；S205，根据简化过程构建多分辨率网格；S206，传输多分辨率网格；S207,由基网格计算与终端匹配的网格分辨率；S208，继续接收细节信息直到细节信息超出终端分辨率可分辨范围；S209，生成最终模型。本发明方法中的边折叠简化方法对应的特征强化值是一种应用于网格简化的特征描述方式。计算网格边对应的基于特征强化的二次误差测度时，为了将原始模型中的特征区域对应的误差测度增强，本文算法在二次误差测度的基础上增加一个顶点特征值，用来表示顶点特征的重要程度。该顶点特征值由顶点区域的曲率和其所有邻边边长综合给出。模型表面的特征区域通常对应较大的法向量变化值，即曲率较大。因此曲率越大说明该顶点所在位置越能表现模型的形体特征。而顶点所邻接的边长越长则说明该顶点在模型表面上所影响到的区域越大。已知所有与顶点ν相邻的三角形面片的法向量方向，则顶点ν的法向量 通过可计算如下
权利要求
1.一种面向普适终端的三维网格模型连续多分辨率编码方法，其特征在于，所述方法包括服务器端采用特征强化的二次误差测度方法对网格模型进行简化； 所述服务器端基于上述简化过程构建分辨率连续可调的多分辨率网格结构； 所述服务器端将所述分辨率连续可调的多分辨率网格结构传输至普适终端； 所述普适终端根据终端屏幕的分辨率大小和网格结构携带的分辨率信息确定所接收的多分辨率网格结构对应的分辨率大小。
2.如权利要求1所述的面向普适终端的三维网格模型连续多分辨率编码方法，其特征在于，所述服务器端采用特征强化的二次误差测度方法对网格模型进行简化的步骤包括计算每一个网格顶点处对应的离散平均曲率值及二次误差测度值； 根据所述每一个网格顶点处对应的离散平均曲率值及二次误差测度值计算每一条网格边对应的特征强化的二次误差测度；根据所述每一条网格边对应的基于特征强化的二次误差测度值的大小对所有网格边排序，对二次误差测度值最小的边删除并获得新的网络模型；判断所述新的网络模型的细节信息是否简化完毕，若是，则结束简化过程并获得最简化的基网络Mtl，若否，则返回继续计算每一个网格顶点处对应的离散平均曲率值及二次误差测度值。
3.如权利要求1或2所述的面向普适终端的三维网格模型连续多分辨率编码方法，其特征在于，所述服务器端基于上述简化过程构建分辨率连续可调的多分辨率网格结构的步骤包括记录简化所得的最简化的基网格为Mtl ；根据基于特征强化的二次误差测度简化过程建立渐进网格模型MultiR_M = {M0, {split。，Split1…，splitj}，其中，Spliti保存信息包括被收缩的边对应的顶点对(νι; v2)，与(Vl，v2)均相邻的两个顶点V1和^，边收缩所对应的类型，网格模型所对应的分辨率 fn 息 Ri ο
4.如权利要求3所述的面向普适终端的三维网格模型连续多分辨率编码方法，其特征在于，所述普适终端根据终端屏幕的分辨率大小和网格结构携带的分辨率信息确定所接收的多分辨率网格结构对应的分辨率大小的步骤包括所述普适终端根据从所述服务器端接收到的最简化的基网络Mtl计算模型的包络盒尺寸，根据所述包络盒尺寸和终端屏幕的显示分辨率计算每个像素对应的面积；根据所接收到的三维网格模型的数据以及所述每个像素对应的面积进行解码重建，得到当前普适终端屏幕所能显示的最高分辨率模型。
5.如权利要求1所述的面向普适终端的三维网格模型连续多分辨率编码方法，其特征在于，所述服务器端将所述分辨率连续可调的多分辨率网格结构传输至普适终端的步骤具体为通过无线网络采用渐进传输法将分辨率连续可调的多分辨率网格结构传输至普适终端。
全文摘要
本发明实施例公开了一种面向普适终端的三维网格模型连续多分辨率编码方法，所述方法包括服务器端采用特征强化的二次误差测度方法对网格模型进行简化；所述服务器端基于上述简化过程构建分辨率连续可调的多分辨率网格结构；所述服务器端将所述分辨率连续可调的多分辨率网格结构传输至普适终端；所述普适终端根据终端屏幕的分辨率大小和网格结构携带的分辨率信息确定所接收的多分辨率网格结构对应的分辨率大小。实施本发明实施例，可以避免三维网格模型在分辨率较小时所出现的网格特征损失过多的情况，从而避免多分辨率构造方法会碰到的在较小分辨率时出现的严重失真问题；另外，可较好改善模型分辨率与屏幕分辨率不匹配的情况。
文档编号G06T17/30GK102324107SQ20111016182
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月15日 优先权日2011年6月15日
发明者朱为鹏, 罗笑南 申请人:中山大学