改进的三维模型网络传输方法

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改进的三维模型网络传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于网络技术领域。
【背景技术】
[0002] TCP协议采用拥塞控制算法来实现可靠传输,当客户端没有反馈时服务器认为网 络中存在拥塞并急剧降低数据传输率;其为保证传输成功而设置的校验和机制在客户端对 数据进行检验,当数据传输错误时将再次向服务器请求同一数据。TCP的运些特性使得当信 道丢包率很高、传输错误率高时会产生很严重的延迟。图1是利用ns-2工具检测到的TCP 信道中丢包率与延迟之间的关系,丢包率越严重,则延迟时间越长。
[0003]UDP协议则无需客户端的回馈信息,也无需对接收到的数据进行校验,因而其响应 速度较快,传输效率较高,更多的应用于对实时性要求较高的系统中。然而运些特性使得 UDP的传输没有TCP那样可靠,会产生丢包或接收顺序出错等情况,无法保证客户端请求的 所有数据全部成功传输。
[0004] 为达到传输速度和传输质量之间的平衡,许多学者提出采用TCP和UDP相结合的 方式来对=维模型进行传输:模型简化对网格进行分解后产生的基础网格、几何信息W及 拓扑结构中,拓扑结构较几何信息而言更为重要,一个比特的错位就会导致模型无法重构; 基础网格是客户端重构=维模型的基础,也需要通过可靠信道来传输。因此必须利用TCP 协议来传输的数据流包含了模型的拓扑结构信息和基础网格信息。而数据量相对较多的几 何信息允许一定的误差存在,可W通过UDP来传输。
[0005] 在针对TCP/UDP传输构架的改进中,前人主要针对几何信息的传输部分加W研 究,如引入了区分重要度的子层编码、对丢失的UDP分包中包含的顶点数据进行预测等。但 运些改进的传输模式中,接收端都在完全接收基础网格和拓扑结构之后才开始对=维模型 进行重构,一定程度上增加了网络传输的延迟。

【发明内容】

[0006] 本发明的目的是针对拓扑结构信息对=维模型的网络传输模式加W改进,结合 CPM简化算法为减少UDP信道中丢包和错序对客户端模型重构的改进的S维模型网络传输 方法。
[0007] 本发明的步骤是: ① 拓扑层妈顶点包依据CPM简化步骤定义一次边折叠或顶点分裂操作为一个拓 扑层7;每个拓扑层巧步及到的所有顶点为一个顶点包 ② 拓扑层一维索引与顶点包二维索引:每次传输一个拓扑层7;随即传输其相关顶点 包引入索引机制来对拓扑层和顶点包进行索引,对于TCP信道中的每个拓扑层,利用 一维索引对其编码,记为7;.;对于UDP信道中的每个顶点包,利用二维索引对其编码,记为 iPvi,Packj)?、 ③ 丢包数据的处理:采用顶点预测算法来对丢失的顶点位置进行预测,继续用重传机 制来对数据进行修正。
[0008] 本发明CPM简化步骤是:CPM采用边折叠和顶点分裂操作来实现网格的简化和重 建,在服务器端,首先将=维模型进行简化,W边折叠为元操作,将原始网格简化为最简单、 分辨率最低的基础网格,并将其顶点的操作顺序与边折叠顺序记录在操作队列中;在客户 端进行的是对=维模型的重构,客户端按照简化顺序的逆过程将基础网格重建为原始模 型,=维模型的精细程度逐渐提高; 设:?为原始网格,巧3第i次边折叠操作后所得到的网格,为m边折叠后 得到的目的网格,模型分辨率从Mg午;依次降低,用表示边折叠操作,^邱知读 示顶点分裂操作, 其中,服务器的简化过程:
客户端的重建过程:
[0009] 本发明确定拓扑结构的层数7;应首先确定网格简化最终结果的基础网格分辨率, 基础网格是最先传输到客户端的模型,因此其顶点数应尽可能少W降低数据传输时间。
[0010] 本发明预处理阶段服务器对模型进行CPM分解时,每次操作都减少原始模型=角 形数的5%,且当基础网格立角形数JSTfe[20好,3掛U之后即停止对模型的简化,记录此时 的操作次数,即为拓扑层巧勺值。
[0011]本发明接收端每次接收到新的顶点包后检验其索引,对于每个化C左,.,当尸,,-7;时 为正确对应拓扑层的顶点包,因此客户端重构时,拓扑信息为r,,几何信息为(尸,,,化c^)。
[0012] 本发明顶点包的二维索引机制使客户端根据坐标(尸W化C左P定位到丢失的数据 包。
[0013] 本发明主要基于传统TCP/UDP构架针对拓扑信息加W改进,引入了对拓扑层和顶 点包的索引机制来确保数据传输的正确性、缩短客户端等待时间,并采用了重传机制对网 格模型进一步修正。首先在服务器端对=维模型进行CPM分解,然后将分解后数据送入网 络信道进行传输,最后客户端接收到各个拓扑层及相关信息后对=维模型进行重建。
【附图说明】
[0014] 图1是利用ns-2工具检测到的TCP信道中丢包率与延迟之间的关系; 图2是传统TCP/UDP混合传输构架; 图3是各模型简化至少于300个顶点时的效果与数据量; 图4是拓扑层一维索引与顶点包二维索引; 图5是=维网格模型的渐进传输; 图6是改进的=维模型传输流程; 图7是汽车模型重构误差与延迟时间关系; 图8是直升机模型重构误差与延迟时间关系; 图9是汽车模型首次调用和二次调用客户端重构后模型误差; 图10是直升机模型首次调用和二次调用客户端重构后模型误差。
【具体实施方式】
[0015] 本发明针对拓扑结构信息对=维模型的网络传输模式加W改进,结合CPM简化算 法,对拓扑结构进行分层,并将每一层操作顺序所对应的顶点与之关联,成为顶点包。TCP信 道每传输一个拓扑分层,UDP信道就传输其对应的顶点包;为减少UDP信道中丢包和错序对 客户端模型重构的影响,采用文献中的方法对UDP信道中丢失的顶点加W预测,并标注丢 包的位置,最后在网络空闲时采用重传机制对预测顶点加W修正。改进方法可W使客户端 的网格重构与=维数据流的网络传输并发进行,既能降低显示延迟也能提高模型的质量。 其步骤是: ①拓扑层妈顶点包依据CPM简化步骤定义一次边折叠或顶点分裂操作为一个拓 扑层7;每个拓扑层巧步及到的所有顶点为一个顶点包/V
[0016] ②拓扑层一维索引与顶点包二维索引:每次传输一个拓扑层7;随即传输其相关 顶点包尸P传统TCP/UDP构架中,拓扑结构利用TCP信道传输,顶点信息利用UDP传输,在拓 扑结构全部传输完成之后客户端开始对网格模型的重构。本发明将拓扑结构和几何信息的 传输机制加W改进,每次传输一个拓扑层7;随即传输其相关顶点包运样客户端在接收 到第一个拓扑层之后即可对网格进行重构,减少了客户端的等待时间,加速客户端的模型 显不。
[0017] 可W认为目前光纤地网中误码率极低,本文不考虑UDP传输中每个pack内的误 码。因此在上述拓扑层与顶点包关联的过程中会出现两种情况: (1)勺传输顺序出错; (2 ) 丢包。
[0018] 为减少UDP传输错序和丢包对客户端网格重构的影响,本发明引入索引机制来对 拓扑层和顶点包进行索引,对于TCP信道中的每个拓扑层,利用一维索引对其编码,记为r,; 对于UDP信道中的每个顶点包,利用二维索引对其编码,记为(尸,,,化C左P;图4说明了运一 索引机制。
[0019] ③丢包数据的处理:对于丢失的UDPpack,当客户端在实时擅染时,本发明采用顶 点预测算法来对丢失的顶点位置进行预测,然而顶点预测并不能完全消除网格重建过程中 因丢包而产生的崎变,因此本发明进一步采用重传机制来对数据进行修正。
[0020] 本发明CPM简化步骤是:CPM采用边折叠和顶点分裂操作来实现网格的简化和重 建,在服务器端,首先将=维模型进行简化,W边折叠为元操作,将原始网格简化为最简单、 分辨率最低的基础网格,并将其顶点的操作顺序与边折叠顺序记录在操作队列中;在客户 端进行的是对=维模型的重构,客户端按照简化顺序的逆过程将基础网格重建为原始模 型,=维模型的精细程度逐渐提高; 设为原始网格,为第欲边折叠操作后所得到的网格,纖f为敏边折叠后 得到的目的网格,模型分辨率从.Ma午;依次降低,用表示边折叠操作,^邱知读 示顶点分裂操作, 其中,服务器的简化过程:
客户端的重建过程:
[0021] 本发明确定拓扑结构的层数7;应首先确定网格简化最终结果的基础网格分辨率, 基础网格是最先传输到客户端的模型,因此其顶点数应尽可能少W降低数据传输时间。对 多个模型进行了曲率加权犯M算法与渐进网格相结合的简化实验,实验数据设及到从87 万S角形的化agon模型到5804个S角形的Cow模型等多个不同规模数据量的S维模型。 实验发现,将基础网格顶点数设置在巧00, 300]区间内时,基本可W保证模型的轮廓可辨, 并且顶点数足够少、文件数据量足够小,满足基础网格的要求巧日图3)。
[0022] 本发明预处理阶段服务器对模型进行CPM分解时,每次操作都减少原始模型=角 形数的5%,且当基础网格S角形数JVy.e|;200.,300;|之后即停止对模型的简化,记录此 时的操作次数,即为
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