一种三维模型的简化方法、装置和存储介质与流程

本文涉及三维数据处理技术，尤指一种三维模型的简化方法、装置和存储介质。

背景技术：

1、三维模型相对二维模型具有更好的立体感和真实感，但是三维模型的数据量也非常大。庞大的三维数据对计算机的计算、显示和硬件存储能力，具有很大的挑战。在保证三维模型渲染和仿真要求的基础上对三维模型进行简化，可以减少对计算机存储空间的占用，也能加快计算机的处理速度。

2、现有技术中，简化三维模型所使用的顶点聚类算法容易造成三角形退化，破坏原有模型拓扑。

技术实现思路

1、本技术提供了一种三维模型的简化方法、装置和存储介质，能够确保简化后的三维模型仍维持原有的模型拓扑。

2、本技术实施例提供了一种三维模型的简化方法，所述方法包括：

3、将三维模型的网格转化为多个连通图集合，其中，每个所述连通图集合包括多个连通图；

4、对每个所述连通图，根据所述连通图中三角面片的顶点属性以及所述连通图中三角面片的拓扑信息，确定所述连通图中所有三角面片的三角形边的简化权重；

5、在所有三角面片的三角形边中，至少根据所有三角形边的简化权重以及基础简化误差确定待简化边，基于所述待简化边对所述三维模型进行简化。

6、作为一示例性实施例，所述根据所述连通图中三角面片的顶点属性以及所述连通图中三角面片的拓扑信息，确定所述连通图中所有三角面片的三角形边的简化权重，包括：

7、根据所述连通图中三角形边的顶点属性的数量、所述三角形边的两个顶点的顶点属性对应情况以及所述三角形边的邻接三角面片的数量，确定所有三角面片的三角形边的简化权重。

8、作为一示例性实施例，所述根据所述连通图中三角面片的顶点属性以及所述连通图中三角面片的拓扑信息，确定所述连通图中所有三角面片的三角形边的简化权重，包括：

9、根据所述连通图中三角面片的顶点属性以及所述连通图中三角面片的拓扑信息，确定每个三角面片的三角形边的类型；

10、根据所述每条三角形边的类型确定对应三角形边的简化权重。

11、作为一示例性实施例，所述根据所述连通图中三角面片的顶点属性以及所述连通图中三角面片的拓扑信息，确定每个三角面片的三角形边的类型包括：

12、根据所述连通图中三角形边的顶点属性的数量、所述三角形边的两个顶点的顶点属性对应情况以及所述三角形边的邻接三角面片的数量，确定每个三角面片的三角形边的类型。

13、作为一示例性实施例，所述根据所述连通图中三角形边的顶点属性的数量、所述三角形边的两个顶点的顶点属性对应情况以及所述三角形边的邻接三角面片的数量，确定每个三角面片的三角形边的类型包括：

14、在所述三角形边仅具有一个邻接三角面片的情况下，确定所述三角形边为物理边；

15、在所述三角形边具有两个邻接三角面片，且所述三角形边的两端顶点均具有一组顶点属性的情况下，确定所述三角形边为简化边；

16、在所述三角形边具有两个邻接三角面片，所述三角形边的两端顶点均有多组顶点属性，且所述多组顶点属性在几何拓扑与纹理拓扑中均能依次对应的情况下，确定所述三角形边为纹理边；

17、在所述三角形边具有两个邻接三角面片，所述三角形边的两端顶点均有多组顶点属性，且所述多组顶点属性在几何拓扑与纹理拓扑中不能依次对应的情况下，确定所述三角形边为枢纽边。

18、作为一示例性实施例，所述根据所述每条三角形边的类型确定对应三角形边的简化权重包括：

19、在所述三角形边为简化边或纹理边的情况下，所述三角形边的简化权重在第一权重范围内；

20、在所述三角形边为物理边的情况下，所述三角形边的简化权重在第二权重范围内；

21、在所述三角形边为枢纽边的情况下，所述三角形边的简化权重在第三权重范围内；

22、其中，所述简化边和纹理边的简化权重高于所述物理边的简化权重，所述物理边的简化权重高于所述枢纽边的简化权重。

23、作为一示例性实施例，所述物理边的简化权重根据预设系数和比例系数确定，其中，所述比例系数根据所述物理边所属连通图内所有三角形边中物理边的占比确定。

24、作为一示例性实施例，所述三角形边的基础简化误差至少包括几何误差；所述几何误差的计算方法包括：

25、对于每个连通图集合，基于所述连通图集合包含的顶点几何信息与三角面片的几何拓扑，生成所述连通图集合的有向距离场；

26、将所述三角形边所属连通图集合之外的所有连通图集合的有向距离场作为求解所述几何误差的二次误差度量矩阵的约束条件；

27、在所述约束条件下求解所述二次误差度量矩阵，得到所述三角形边的几何误差。

28、作为一示例性实施例，所述三角形边的基础简化误差至少还包括：法线误差、纹理坐标误差和切线误差中的一种或多种。

29、作为一示例性实施例，在所述基于所述待简化边对所述三维模型进行简化之后，所述方法还包括：

30、根据所述待简化边对应的简化后的目标顶点的二阶邻接面的夹角变化，判断简化后是否出现三角面片翻折；

31、在出现三角面片翻折的情况下，还原被所述目标顶点代替的所述待简化边以及所述待简化边的顶点属性，并增大所述待简化边的简化权重和/或基础简化误差。

32、作为一示例性实施例，所述根据所述待简化边对应的简化后的目标顶点的二阶邻接面的夹角变化，判断简化后是否出现三角面片翻折包括：

33、在所述夹角变化大于或者等于夹角阈值的情况下，确定简化后出现三角面片翻折。

34、作为一示例性实施例，在对每个所述连通图，根据所述连通图中三角面片的顶点属性以及所述连通图中三角面片的拓扑信息，确定所述连通图中所有三角面片的三角形边的简化权重之前，所述方法还包括：

35、在所有连通图集合中，将三角面片的数量小于或者等于预设三角面片数量阈值的每个连通图作为候选连通图；

36、迭代执行以下步骤：在最新得到的所有的候选连通图中，将连通图权重最小的连通图作为目标连通图进行删除，并根据所述目标连通图的三角面片的数量更新所述预设三角面片数量阈值；根据更新后的所述预设三角面片数量阈值从剩余的候选连通图中筛选出新的候选连通图，直至无候选连通图可选。

37、作为一示例性实施例，所述预设三角面片数量阈值根据所述三维模型的三角面片总数、所述三维模型的目标简化比率和粗简化比率确定。

38、作为一示例性实施例，所述连通图权重的计算方法包括：

39、对于每个所述连通图，基于所述连通图的权重参数确定所述连通图在其所属连通图集合中的连通图权重，其中，所述权重参数包括所述连通图的面积、所有顶点体素和、顶点数量与三角面片数量中的一种或多种。

40、作为一示例性实施例，所述基于所述连通图的权重参数确定所述连通图在其所属连通图集合中的连通图权重，包括：

41、对于所述连通图的任一类型的权重参数的权重参数值，确定所述权重参数值在对应连通图集合包含的所有连通图的所述权重参数的权重参数值中的比例；

42、对所有类型的权重参数值的比例进行归一化；

43、根据归一化后的所有类型的权重参数值的比例确定所述连通图权重。

44、作为一示例性实施例，所述至少根据所有三角形边的简化权重以及基础简化误差确定待简化边，包括：

45、根据每条三角形边的简化权重、每条三角形边的基础简化误差以及每条三角形边所属连通图的连通图权重，确定对应三角形边的目标简化误差；

46、根据所有三角形边的目标简化误差确定所述待简化边。

47、作为一示例性实施例，基于所述待简化边对所述三维模型进行简化之前，所述方法还包括：

48、确定目标顶点的骨骼绑定数据和/或形变动画数据，其中，所述目标顶点用于代替所述待简化边。

49、作为一示例性实施例，所述确定目标顶点的骨骼绑定数据包括：

50、根据所述目标顶点分别与待简化边的两个顶点之间的距离，确定所述两个顶点对应的骨骼点与所述目标顶点之间的初始权重；

51、根据所述初始权重、所述两个顶点对应于每个骨骼点的索引权重、所述两个顶点对应于每个骨骼点的绑定权重，确定所述目标顶点与每个骨骼点之间的权重；

52、根据所述目标顶点与每个骨骼点之间的权重大小，选取预设数量的骨骼点对应的数据作为所述目标顶点的骨骼绑定数据。

53、作为一示例性实施例，所述确定目标顶点的形变动画数据包括：

54、对所述待简化边的邻接三角面片的所有顶点叠加形变动画数据，得到更新后的邻接三角面片的边；

55、基于更新后的邻接三角面片的边生成具有形变动画数据的简化顶点；

56、根据所述目标顶点与所述简化顶点的数据差值，确定所述目标顶点的形变动画数据。

57、作为一示例性实施例，所述将三维模型的网格转化为多个连通图集合包括：

58、筛除所述三维模型中的非二维流形网格，保留二维流形网格；

59、将所述三维模型中的二维流形网格转化为多个连通图集合。

60、本技术实施例提供的三维模型的简化装置，包括：

61、转化模块，设置为将三维模型的网格转化为多个连通图集合，其中，每个所述连通图集合包括多个连通图；

62、确定模块，设置为对每个所述连通图，根据所述连通图中三角面片的顶点属性以及所述连通图中三角面片的拓扑信息，确定所述连通图中所有三角面片的三角形边的简化权重；

63、简化模块，设置为在所有三角面片的三角形边中，至少根据所有三角形边的简化权重以及基础简化误差确定待简化边，基于所述待简化边对所述三维模型进行简化。

64、本技术实施例提供的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如前任一实施例所述的方法。

65、本技术实施例提供的三维模型的简化装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有程序，所述程序在被所述处理器读取执行时，实现如前任一实施例所述的方法。

66、与相关技术相比，本技术记载的技术方案通过删除待简化边实现对三维模型的简化；且在确定简化边时，考虑了三角面片的顶点属性以及三角面片的拓扑信息，通过三角面片的顶点属性和拓扑信息确定所有三角形边的重要程度，从而根据三角形边的重要程度对三维模型进行逐步简化，避免了简化过程中顶点的聚集和坍缩，解决了顶点聚类算法容易造成三角形退化，破坏原有模型拓扑的问题，确保了简化后的三维模型仍能够维持原有的模型拓扑。

67、本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。