多分辨率三维建模方法及建模装置与流程

本发明涉及互联网，和/或，移动终端应用技术领域，特别是涉及一种多分辨率三维建模方法及建模装置。

背景技术：

三维模型作为一种新的媒体形式，在虚拟现实、影视动画、游戏、生产制造等各个方面的应用都越来越广泛。随着三维激光测距和建模技术的不断发展，人们普遍应用三维激光扫描仪及其生成的点云模型或转化的复杂三角面模型，三维模型的精度越来越高，数据量也随之飞速增长，给计算机的渲染、传输、缓存等系统都带来了巨大的压力。现有的用于三维模型数据采集及建模的三维激光扫描和点云模型，存在着一个重要的缺点，就是它们生成的三维模型数据量大，只能依赖于专门的图形处理设备，对于互联网和移动设备的三维可视化需求是无法进行处理的。目前的多分辨率三维模型还依赖于人工建模，成本高，效率低下，大场景三维模型的比例和精确度与内存加载的制约等问题都是制约三维视觉可视化发展的瓶颈。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种多分辨率三维建模方法及建模装置，其既可以有效地解决多分辨率三维建模的成本和效率问题，又可以保障大场景大规模三 维模型的比例和精度，满足当前三维建模数据量大，质量高，制作周期短的特点，从而更加适于实用。

为了达到上述第一个目的，本发明提供的多分辨率三维建模方法的技术方案如下：

本发明提供的多分辨率三维建模方法包括以下步骤：

基于实物对象属性数据模型的建立及解析，构成所述实物对象属性数据模型的树形结构，得到所述实物对象属性数据模型树；

根据所述实物对象属性数据模型树，创建所述实物对象整体拓扑结构的各三维子模型，得到原始模型；

根据所述原始模型，建立2n+1级不同细节层次的离散逼近模型；

对所述2n+1级不同细节层次的离散逼近模型进行重建组合，生成所述实物对象的整体三维模型。

本发明提供的多分辨率三维建模方法还可采用以下技术措施进一步实现。

作为优选，根据所述原始模型，建立2n+1级不同细节层次的离散逼近模型包括以下步骤：

构建半径为r1的第一圆，半径为r2的第二圆，...，半径为rn的第n圆，其中，r1＜r2＜...＜rn；

选取所述第一圆、第二圆、...、第n圆的公共圆心o作为注视点；

在三维空间中，以视线方向为公共轴，构建以所述第一圆为基线的第一圆柱面，以所述第二圆为基线的第二圆柱面，...，以所述第n圆为基线的第n圆柱面；

定义处于所述-r1与r1之间的区域为第一细节层次等级，处于所述-r1与-r2之间的区域为左侧第二细节层次等级，处于所述-rn与-∞之间的区域为左侧第n细 节层次等级；处于所述r1与r2之间的区域为右侧第二细节层次等级，处于所述rn与∞的区域为右侧第n细节层次等级，共2n+1个细节层次等级，其中，n越大，细节层次等级越低。

作为优选，所述实物对象属性数据模型包括几何体及其属性，所述属性包括点、线、面、比例、精度、纹理。

作为优选，根据所述原始模型，建立2n+1级不同细节层次的离散逼近模型时，以所述几何体的树形及不同分辨率的纹理属性为依据实现。

作为优选，根据所述实物对象属性数据模型树，创建所述实物对象整体拓扑结构的各三维子模型，得到原始模型时，包括以下步骤：

从所述实物对象属性数据模型树的底层子节点开始回溯到根节点；

建立各所述子节点对应的几何体；

解析所述实物对象属性数据模型树的附属子对象属性，并赋予其几何体，得到原始模型。

为了达到上述第二个目的，本发明提供的多分辨三维建模装置的技术方案如下：

本发明提供的多分辨率三维建模装置包括实物对象属性数据模型树构建单元、原始模型构建单元、2n+1级不同细节层次等级建立单元，和，实物对象的整体三维模型生成单元，

所述实物对象属性数据模型树构建单元用于，基于实物对象属性数据模型的建立及解析，构成所述实物对象属性数据模型的树形结构，得到所述实物对象属性数据模型树；

所述原始模型构建单元用于根据所述实物对象属性数据模型树，创建所述实物对象整体拓扑结构的各三维子模型，得到原始模型；

所述2n+1级不同细节层次等级建立单元用于，根据所述原始模型，建立2n+1级不同细节层次的离散逼近模型；

所述实物对象的整体三维模型生成单元用于，对所述2n+1级不同细节层次的离散逼近模型进行重建组合，生成所述实物对象的整体三维模型。

本发明提供的多分辨三维建模装置还可采用以下技术措施进一步实现。

作为优选，2n+1级不同细节层次等级建立单元包括圆构建模块、注视点选取模块、圆柱面构建模块、2n+1级不同细节层次等级定义模块，

所述圆构建模块用于，构建半径为r1的第一圆，半径为r2的第二圆，...，半径为rn的第n圆，其中，r1＜r2＜...＜rn；

所述注视点选取模块用于，选取所述第一圆、第二圆、...、第n圆的公共圆心o作为注视点；

所述圆柱面构建模块用于，在三维空间中，以视线方向为公共轴，构建以所述第一圆为基线的第一圆柱面，以所述第二圆为基线的第二圆柱面，...，以所述第n圆为基线的第n圆柱面；

所述2n+1级不同细节层次等级定义模块用于，定义处于所述-r1与r1之间的区域为第一细节层次等级，处于所述-r1与-r2之间的区域为左侧第二细节层次等级，处于所述-rn与-∞之间的区域为左侧第n细节层次等级；处于所述r1与r2之间的区域为右侧第二细节层次等级，处于所述rn与∞的区域为右侧第n细节层次等级，共2n+1个细节层次等级，其中，n越大，细节层次等级越低。

作为优选，所述实物对象属性数据模型包括几何体及其属性，所述属性包括点、线、面、比例、精度、纹理。

作为优选，根据所述原始模型，建立2n+1级不同细节层次的离散逼近模型时，以所述几何体的树形及不同分辨率的纹理属性为依据实现。

作为优选，所述原始模型构建单元包括节点选取模块、几何体建立模块、实物对象属性数据模型树解析模块，

所述节点选取模块用于，从所述实物对象属性数据模型树的底层子节点开始回溯到根节点；

所述几何体建立模块用于，建立各所述子节点对应的几何体；

所述实物对象属性数据模型树解析模块用于，解析所述实物对象属性数据模型树的附属子对象属性，并赋予其几何体，得到原始模型。

本发明提供的多分辨率三维建模方法及建模装置基于实物对象属性数据模型的建立及解析，构成实物对象属性数据模型的树形结构，得到实物对象属性数据模型树；根据实物对象属性数据模型树，创建实物对象整体拓扑结构的各三维子模型，得到原始模型；根据原始模型，建立2n+1级不同细节层次的离散逼近模型；对2n+1级不同细节层次的离散逼近模型进行重建组合，生成实物对象的整体三维模型。既可以有效地解决多分辨率三维建模的成本和效率问题，又可以保障大场景大规模三维模型的比例和精度，满足当前三维建模数据量大，质量高，制作周期短的特点。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例一提供的多分辨率三维建模方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的多分辨率三维建模装置各单元之间信号流向 示意图；

图3为本发明实施例一或者实施例二中涉及的2n+1级不同细节层次的示意图；

图4为本发明实施例一或者实施例二中涉及的实物对象属性数据模型树的示意图。

具体实施方式

本发明为解决现有技术存在的问题，提供一种多分辨率三维建模方法及建模装置，其既可以有效地解决多分辨率三维建模的成本和效率问题，又可以保障大场景大规模三维模型的比例和精度，满足当前三维建模数据量大，质量高，制作周期短的特点，从而更加适于实用。

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的多分辨率三维建模方法及建模装置，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，具体的理解为：可以同时包含有a与b，可以单独存在a，也可以单独存在b，能够具备上述三种任一种情况。

实施例一

参见附图1，本发明实施例一提供的多分辨率三维建模方法包括以下步骤：

步骤1：基于实物对象属性数据模型的建立及解析，构成实物对象属性数据模型的树形结构，得到实物对象属性数据模型树；

步骤2：根据实物对象属性数据模型树，创建实物对象整体拓扑结构的各三维子模型，得到原始模型；

步骤3：根据原始模型，建立2n+1级不同细节层次的离散逼近模型；

步骤4：对2n+1级不同细节层次的离散逼近模型进行重建组合，生成实物对象的整体三维模型。

本发明实施例一提供的多分辨率三维建模方法及建模装置基于实物对象属性数据模型的建立及解析，构成实物对象属性数据模型的树形结构，得到实物对象属性数据模型树；根据实物对象属性数据模型树，创建实物对象整体拓扑结构的各三维子模型，得到原始模型；根据原始模型，建立2n+1级不同细节层次的离散逼近模型；对2n+1级不同细节层次的离散逼近模型进行重建组合，生成实物对象的整体三维模型。既可以有效地解决多分辨率三维建模的成本和效率问题，又可以保障大场景大规模三维模型的比例和精度，满足当前三维建模数据量大，质量高，制作周期短的特点。

参见附图3，步骤3：根据原始模型，建立2n+1级不同细节层次的离散逼近模型包括以下步骤：

步骤31：构建半径为r1的第一圆，半径为r2的第二圆，...，半径为rn的第n圆，其中，r1＜r2＜...＜rn；

步骤32：选取第一圆、第二圆、...、第n圆的公共圆心o作为注视点；

步骤33：在三维空间中，以视线方向为公共轴，构建以第一圆为基线的第一圆柱面，以第二圆为基线的第二圆柱面，...，以第n圆为基线的第n圆柱面；

步骤34：定义处于-r1与r1之间的区域为第一细节层次等级，处于-r1与-r2之间的区域为左侧第二细节层次等级，处于-rn与-∞之间的区域为左侧第n细节层次等级；处于r1与r2之间的区域为右侧第二细节层次等级，处于rn与∞的区 域为右侧第n细节层次等级，共2n+1个细节层次等级，其中，n越大，细节层次等级越低。

参见附图4，实物对象属性数据模型包括几何体及其属性，属性包括点、线、面、比例、精度、纹理。

其中，根据原始模型，建立2n+1级不同细节层次的离散逼近模型时，以几何体的树形及不同分辨率的纹理属性为依据实现。

其中，步骤4：根据实物对象属性数据模型树，创建实物对象整体拓扑结构的各三维子模型，得到原始模型时，包括以下步骤：

步骤41：从实物对象属性数据模型树的底层子节点开始回溯到根节点；

步骤42：建立各子节点对应的几何体；

步骤43：解析实物对象属性数据模型树的附属子对象属性，并赋予其几何体，得到原始模型。

实施例二

参见附图2，本发明实施例二提供的多分辨率三维建模装置包括实物对象属性数据模型树构建单元、原始模型构建单元、2n+1级不同细节层次等级建立单元，和，实物对象的整体三维模型生成单元，

实物对象属性数据模型树构建单元用于，基于实物对象属性数据模型的建立及解析，构成实物对象属性数据模型的树形结构，得到实物对象属性数据模型树；

原始模型构建单元用于根据实物对象属性数据模型树，创建实物对象整体拓扑结构的各三维子模型，得到原始模型；

2n+1级不同细节层次等级建立单元用于，根据原始模型，建立2n+1级不同细节层次的离散逼近模型；

实物对象的整体三维模型生成单元用于，对2n+1级不同细节层次的离散逼近模型进行重建组合，生成实物对象的整体三维模型。

本发明实施例二提供的多分辨率三维建模方法及建模装置通过实物对象属性数据模型树构建单元，基于实物对象属性数据模型的建立及解析，构成实物对象属性数据模型的树形结构，得到实物对象属性数据模型树；通过原始模型构建单元，根据实物对象属性数据模型树，创建实物对象整体拓扑结构的各三维子模型，得到原始模型；通过2n+1级不同细节层次等级简历单元，根据原始模型，建立2n+1级不同细节层次的离散逼近模型；通过实物对象的整体三维模型生成单元，对2n+1级不同细节层次的离散逼近模型进行重建组合，生成实物对象的整体三维模型。既可以有效地解决多分辨率三维建模的成本和效率问题，又可以保障大场景大规模三维模型的比例和精度，满足当前三维建模数据量大，质量高，制作周期短的特点。

参见附图3，2n+1级不同细节层次等级建立单元包括圆构建模块、注视点选取模块、圆柱面构建模块、2n+1级不同细节层次等级定义模块，

圆构建模块用于，构建半径为r1的第一圆，半径为r2的第二圆，...，半径为rn的第n圆，其中，r1＜r2＜...＜rn；

注视点选取模块用于，选取第一圆、第二圆、...、第n圆的公共圆心o作为注视点；

圆柱面构建模块用于，在三维空间中，以视线方向为公共轴，构建以第一圆为基线的第一圆柱面，以第二圆为基线的第二圆柱面，...，以第n圆为基线的第n圆柱面；

2n+1级不同细节层次等级定义模块用于，定义处于-r1与r1之间的区域为第一细节层次等级，处于-r1与-r2之间的区域为左侧第二细节层次等级，处于-rn与 -∞之间的区域为左侧第n细节层次等级；处于r1与r2之间的区域为右侧第二细节层次等级，处于rn与∞的区域为右侧第n细节层次等级，共2n+1个细节层次等级，其中，n越大，细节层次等级越低。

参见附图4，实物对象属性数据模型包括几何体及其属性，属性包括点、线、面、比例、精度、纹理。

其中，根据原始模型，建立2n+1级不同细节层次的离散逼近模型时，以几何体的树形及不同分辨率的纹理属性为依据实现。

其中，原始模型构建单元包括节点选取模块、几何体建立模块、实物对象属性数据模型树解析模块，

节点选取模块用于，从实物对象属性数据模型树的底层子节点开始回溯到根节点；

几何体建立模块用于，建立各子节点对应的几何体；

实物对象属性数据模型树解析模块用于，解析实物对象属性数据模型树的附属子对象属性，并赋予其几何体，得到原始模型。

实施例三

作为本发明实施例一提供的多分辨率三维建模方法和本发明实施例二提供的多分辨率三维建模装置的一种具体的实现。

步骤101，基于实物的对象属性数据模型的建立及解析，构成对象属性数据模型的树形结构。

在图4中揭示了实物的对象属性数据模型树的具体构成和属性，其建立和解析过程如下：我们定义实物对象为实物a，在视觉中a是复杂几何体及其所具有的属性s构成，其构成的拓扑结构我们定义为t，a的拓扑结构又可以分化为各个组成构件，我们定义为a1至an，n由现实具体实物决定其个数，而各 个构件也与实物a一样由几何体及其所具有的属性s1和他的拓扑结构t1组成，对应现实物体，我们得到了一个非无限循环的有限个体组成的复杂物体的分解组合，由这些组合描绘了实物的对象属性数据模型树形结构，实物对象的分解过程的记录的回溯完成了实物的对象属性数据模型树形结构的解析过程。

步骤102，遍历实物的对象属性数据模型树形结构，从底层子节点an开始回溯到根节点a，创建对象整体拓扑结构的各个三维子模型即原始模型。

a1到an作为实物组成的部分，我们可以依据图2所示的几何体及其所具有的属性s1到sn各个分析，对分解后的简单几何体建立三维模型，绘制时将属性s1到sn赋予三维模型，得到实物对象拓扑结构组成构件的三维模型，组合各个构件模型处理后绘制出实物的原始三维模型。

步骤103，基于注视点的细化区域选择，定义三维模型的视觉空间分布规则，得到基于注视点细化区域的选择性绘制算法，判断三维子模型的空间分布绘制，循环判定所有三维子模型。

在图3中说明了基于注视点细化区域的选择性绘制算法。本实施例中，选取n＝2，实现原理如下：

选定注视点，设为o点，以o点为基点物体到观察者的距离l。这个距离l是从o视点到物体内指定点的欧氏距离。这种方法的理论依据是当一个物体距离视点越远，此物体能够被观察到的精细的细节部分就越少。这就意味着选择较粗糙的细节层次来表示物体不会对显示的逼真度有很大影响。因此子模型的空间分布是由o点开始沿着l方向呈线性下降；平面视角的选择性细化区域由一大一小2个同心圆组成，其半径分别为r和r(r＞r)，它们的公共圆心就是观察者的注视点0点，在小圆内部(＜r)最靠近注视点的区域内，模型将被建到最高的lod(细节层次，levelsofdetail)等级；而在大圆外部(＞r)远离注 视点的区域，模型则保持最低的lod等级；在这两个圆之间的区域(＜r-r)，模型的lod级别沿着半径方向呈线性下降。

步骤104，依据步骤103的判断结果，通过逐次简化对象拓扑结构组成构件的三维模型的点，线，面，缩小显示比例，降低绘制精度，调节纹理分辨率，省略不必要的精度细节来减少对象的几何复杂性，建立5级不同细节层次lod的离散逼近模型。

5级不同细节层次lod的离散逼近模型的选择方法如下：

剔除法：一部分几何形体是什么时候都无法被观察者看到的。在此情况下，图形系统不再绘制这部分物体。

针对剔除法，本发明由去除对象拓扑结构组成构件的三维模型的点，线，面来完成。

距离标准：这种方法考虑的是物体到观察者的距离。这个距离是从视点到物体内指定点的欧氏距离。这种方法的理论依据是当一个物体距离视点越远，此物体能够被观察到的精细的细节部分就越少。这就意味着选择较粗糙的细节层次来表示物体不会对显示的逼真度有很大影响。

针对距离标准，本发明由对象拓扑结构组成构件的三维模型缩小显示比例来完成。

偏心率：利用了人眼辨识物体的能力随着物体逐渐远离视域中心而减弱的特性，将显示的场景分为具有较精细细节层次的中心部分(对应于眼睛视域的中心)和外围部分(对应于视域的外围部分)。

针对偏心率，本发明由对象拓扑结构组成构件的三维模型降低绘制精度来完成。

尺寸标准：利用了人眼辨识物体的能力随着物体尺寸的减小而减弱的特性。 它考虑到待表示物体的尺寸，较小的物体用较粗糙的细节层次，较大的用较精细的细节层次。

针对尺寸标准，本发明由对象拓扑结构组成构件的三维模型的纹理分辨率进行特定的调节来完成。

视野深度：根据观察者眼睛的焦距来为物体选择合适的细节层次。在聚焦区域的前面或者后面的物体不被聚焦。

针对视野深度，本发明由对象拓扑结构组成构件的三维模型的纹理精度进行省略不必要的细节来完成。

步骤105，遵循步骤103的基于注视点的细化区域选择性绘制算法规则，将步骤104得到的5级不同细节层次lod的离散逼近模型，进行基于注视点细化区域选择性的不同细节层次lod离散逼近模型的重建组合，绘制实物对象整体三维模型，完成多分辨率三维建模。

整体实物模型的重组绘制可以预先完成，也可以根据应用需要在运用过程中灵活绘制，这可以极大的提高三维模型的应用范围和效率，减少不必要的重复制作。

本发明实施例三提供的多分辨率三维建模方法及建模装置的技术效果如下：

1)实物对象属性数据模型的建立及解析，使三维模型能更加细致的表现现实物体的结构特征，更真实的体现事物的空间感；2)依据实物对象属性数据模型的树形结构，重绘的三维模型满足了复杂场景的应用；3)对几何体的单独建模储备了大量的可重用资源，减少了成本投入，提高了工作效率；4)完善的视点细化空间分布规则，加强了三维模型的视觉展现效果；5)自由组合式的制作流程，降低了人才培养周期，使三维建模工作的细分化成为可能；6)对模型绘制细节的把握，可以极大的节省数据存储空间。7)5级不同细节层次lod离散 逼近模型的绘制，解决了互联网，手机应用时的数据通信瓶颈。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。