专利名称：基于外观保持的三维模型简化方法
技术领域：
本发明涉及一种三维模型简化方法，属于计算机图形图像处理技术领域。
背景技术：
三维模型作为三维仿真应用的基本组成部分，随着仿真系统的日益复杂，为了追求更高的真实感，三维模型变得越来越精细，导致模型的规模愈加庞大。但是高分辨率的模型对于计算机系统的存储容量、处理能力、渲染速度、传输速度等构成极大挑战，难以满足实时渲染的要求。在实际应用中，针对不同的应用场合，考虑到计算机的处理能力和场景的真实感等因素平衡折衷，一般选择一个合适的低分辨率模型代替原始高分辨率模型，降低系统开销，即模型简化。模型简化的目的是通过特定的方法，降低原始模型的规模，同时在简化过程中尽量保持原始模型的形状和特征。目前已有三角形模型简化方法按照几何元素操作基础可以划分为顶点删除方法、三角形面片删除方法和边折叠方法三类。其中边折叠方法由于速度、 健壮性的优势，以及作为增量式简化具有自然生成多分辨率模型的优点，获得了广泛深入的应用。其基本思想是在每一次简化操作中以边作为被删除的基本几何元素，并增加一个新点，所有与被删除的边相连的点都与该新点相连，使模型仍保持三角形网格。在迭代进行多次选择性边折叠后，模型可简化至任意分辨率。边折叠方法关键需要解决两个主要问题，即选取折叠边和确定代替边上新顶点的位置。Garland 等人在〈〈Surface simplification using quadric error metric〉〉中提出的二次误差度量(Quadric Error Metric，简称QEM)方法，将简化误差度量简化为计算简单的顶点到相关平面的距离平方和，然后依据误差大小来排序各条待收缩边，控制简化过程。 假设对边(Vi，\)进行折叠，则与边(UP相关联的三角形集合Planes (i，j)构成了原模型上的一个区域。将一次边折叠操作记作(H)—卩分为如下三步改变模型(1)将顶点\移到位置(2)将出现Vj的所有地方用Vi代替，即将所有关联至Vj的边关联至Vi ；(3)删除V」，删除所有的退化边和退化三角形。设折叠后生成的新位置；；=，定义这次折叠带来的新误差Δ00为^到三角形集合Pianes(i，j)中每个三角形所在面的距离的平方和，即Σ(^v)2
ρ&Planes (i,j)其中ρ = [a b c d]T表示三角型集合，Planes (i，j)中的每个三角形所在面的方程nTv+d = 0，其中n = [a b c]T为单位向量，d是距离常量，点[到任一平面距离的平方和
可表示如下
D2p(v) = (pTvf =Vt(PPt)V = VtKpV(1) Kp ^ 4X4的对称矩阵，称为三角形的误差矩阵，定义如下
权利要求
1.一种基于外观保持的三维模型简化方法，包括以下步骤一、读入模型数据；二、对模型顶点进行分类，分为边界点和非边界点，并计算所有三角形平均面积；三、计算每个顶点的二次误差度量矩阵Q，顶点所有相关三角形面积Si以及个数m，并且计算每个顶点的近似法矢量 设顶点的m个相关平面的法矢量分别为η”面积为Si，mmi e (l，m)，则该顶点的近似法矢量为-Jip=Y4S1ThIY4S1 ,i=\ i=\四、计算每一条边(vi，vp的折叠代价value，根据value数值大小，将所有待折叠边放入优先队列；计算折叠代价的方法为首先判断Vi和\的类型，如果其中有边界点，则将该边的折叠代价赋值为大于所有折叠代价的数值MAX，如果没有，则使用常规的二次误差度量方法计算最佳折叠点[和折叠代价 value ；五、从优先队列中取出折叠代价最小的边进行简化操作；六、判断是否达到简化要求，若达到，则输出简化后模型，否则从步骤二开始重新执行模型的简化过程。
2.根据权利要求1所述的一种基于外观保持的三维模型简化方法，其特征在于，步骤三中计算折叠代价的方法为(1)首先判断Vi和\的类型，如果其中有边界点，则将该边的折叠代价赋值为大于所有折叠代价的数值MAX，如果没有，则使用常规的二次误差度量方法计算最佳折叠点[和折叠代价value ；(2)根据[的位置计算其近似法矢量，与Vi和Vj法矢量之和进行比较；用户在90°和 180°之间设定一个角度α，若两个矢量角度相差超过α，则将误差value赋值为MAX，若相差不超过α，则根据Vi和Vj的相关三角形的面积和个数，计算待折叠边相关三角形平均面积 ，并根据-I的值是否大于0判断是否属于模型精细部分，若大于0则属于模型精细部分，折叠代价ra/w = value χ d χ (sa /s)，否则保持value数值不变；其中d为细节保留程度常数，由用户设定，d的值越大，细节保留程度越高。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于外观保持的三维模型简化方法，其特征在于，所述MAX为所使用数据类型的最大值。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于外观保持的三维模型简化方法，其特征在于，步骤六中若未达到简化要求，在重新执行模型的简化过程中，采用局部更新策略，只更新受影响的边的折叠代价。
全文摘要
本发明涉及一种基于外观保持的三维模型简化方法，包括以下步骤一、读入模型数据；二、将模型顶点分为边界点和非边界点；三、计算每个顶点的二次误差度量矩阵Q及其他参数；四、计算每一条边(vi，vj)的折叠代价value，计算折叠代价时，根据是否是边界点、是否引起凹凸变化以及是否是细节图像，调整折叠代价；五、从优先队列中取出折叠代价最小的边进行简化操作；六、判断是否达到简化要求，若达到，则输出简化后模型，否则从步骤二开始重新执行模型的简化过程。本发明保持了二次误差度量的高效性，最大限度的保持模型外观的一致性、简单易行、简化速度快、鲁棒性好。
文档编号G06T17/00GK102306394SQ201110252448
公开日2012年1月4日 申请日期2011年8月30日 优先权日2011年8月30日
发明者李仲君, 李凤霞, 赵邓, 陈宇峰 申请人:北京理工大学