CN106600677A - Vr系统中对传统模型的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种VR系统中对传统模型的处理方法，包括以下步骤：步骤一：输入模型一；步骤二：选取模型一的某一个边，删除边并修补模型一，得到模型二；步骤三：光栅化模型一、模型二，分别计算相对应的总像素一、总像素二及像素变化值；步骤四：当所有边没有遍历完，重复步骤二；当所有边遍历完，比较模型二每条边对应的像素变化值，选择像素变化最小值，删除与像素变化最小值对应的边，并修补模型二，得到模型三；步骤五：如果模型三的面数不符合系统要求，模型三重复上述步骤二～四进行迭代处理；如果符合系统要求，则得到最终简化模型。本发明通过减面等手段，使传统模型能够有效地应用并流畅地运行在VR环境中。

Description

VR系统中对传统模型的处理方法
技术领域
本发明涉及VR(virtual reality，虚拟现实)技术，具体涉及VR系统中对模型的处理方法。
背景技术
虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。虚拟现实技术主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的，是实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。
近几年随着计算技术的高速发展，智能终端处理复杂数据的能力普遍提高。嵌入式计算的快速发展仍然无法满足当前对庞大数据实时计算的需要，因此当应用程序在虚拟现实或增强现实的环境中调用虚拟物体时通常出现内存占用高、屏幕刷新频率低、渲染耗时长等诸多问题。由于图形处理器被用于处理大量模型的实时渲染任务，使得在操作过程中产生交互延迟，造成用户的认知中断，从而影响用户体验，因此如何简化虚拟场景中的模型数据具有重要的研究意义。
现有技术中提出了基于轮廓跟踪的虚实遮挡处理框架，在遮挡关系错误的合成图像上，采用OpenGL重绘技术重新绘制遮挡物体内部区域的像素，完成虚实遮挡处理。此类方法求解深度信息时计算量大，且图像叠加时需要实现对真实遮挡物的真实感绘制，当真实遮挡物形状复杂且所占区域大时，实现效果不是很理想。
现有技术中在三维模型集成开发环境中常用的自动优化工具虽然能够快速的降低模型的面片数和顶点数，但同时也伴随着模型外形结构的改变，自动优化命令结束后还需要开发者手动将优化模型中所有的错面逐一进行修正。这种状况在大部分主流的三维模型集成开发环境中的自动优化算法都存在上述所呈现的问题。
现有的虚拟现实技术中，开发者手动优化模型、图形处理器在操作过程中产生交互延迟，造成用户的认知中断，影响用户体验，因此，需要提供进一步的对模型的处理方法。
发明内容
本发明之目的是提供一种VR系统中对传统模型的处理方法，使传统模型有效地应用并流畅地运行在VR环境中。
本发明提供一种VR系统中对传统模型的处理方法，包括以下步骤：
步骤一：输入模型一；
步骤二：选取所述模型一的某一个边，删除所述边并修补所述模型一，得到模型二；
步骤三：光栅化所述模型一、模型二，分别计算相对应的总像素一、总像素二及像素变化值；
步骤四：当所有所述边没有遍历完，重复所述步骤二；当所有所述边遍历完，比较所述模型二每条边对应的所述像素变化值，选择像素变化最小值，删除与所述像素变化最小值对应的所述边，并修补所述模型二，得到模型三；
步骤五：如果所述模型三的面数不符合系统要求，所述模型三重复上述所述步骤二～四进行迭代处理；如果符合系统要求，则得到最终简化模型。
作为优选方式，所述VR系统中对传统模型的处理方法，还包括以下步骤：选取所述模型一空间中某一个方向，按照上述所述步骤二～五进行迭代处理，直至所有所述方向遍历完。
作为优选方式，所述VR系统中对传统模型的处理方法，还包括以下步骤：
a)根据所述简化模型的顶点位置、拓扑信息填充ABF++算法所需的数据信息；
b)利用ABF++算法计算得到所述简化模型的UV数据一；
c)将所述UV数据一赋给所述简化模型。
作为优选方式，所述VR系统中对传统模型的处理方法，还包括以下步骤：
(1)将所述简化模型与模型一的中心点重合；
(2)从所述简化模型上取像素点，并沿着所述像素点的法线的负方向移动距离，得到新点片；
(3)从所述新点片沿着所述法线方向发出射线，所述射线与所述模型一有多个交点；
(4)从所述交点中去掉负方向点，并求出正距离最小的点；
(5)计算所述正距离最小的点所在的三角面，并计算对应的插值系数UV数据二；
(6)用所述UV数据二插值材质参数，得到所述正距离最小的点相应的材质参数一；
(7)当所有所述像素点没有遍历完，重复上述所述步骤(2)～(6)；
当所有所述像素点均已遍历完，将所述材质参数一保存为对应的材质贴图；
(8)创建使用所述材质贴图的简单材质。
作为优选方式，所述材质参数包括：法线、漫反射颜色、高光颜色及平滑度。
作为优选方式，所述移动距离为预设值。
本发明的特点是通过减面等手段，使传统模型能够有效地应用并流畅地运行在VR环境中。因此，本发明具有如下有益效果：
1)利用新的方法能够方便快速的生成传统模型的简单模型数据；
2)利用新的方法能够方便快速的生成UV数据信息；
3)利用新的方法能够方便快速的生成传送模型的简单材质数据、贴图数据。
附图说明
下面将简要说明本申请所使用的附图，显而易见地，这些附图仅用于解释本发明的构思。
图1是本发明的VR系统中对传统模型的处理方法的流程示意图；
图2是本发明的VR系统中对传统模型的处理方法的实施例的流程示意图；
图3是本发明的处理UV数据信息的流程示意图；
图4是本发明的处理材质及贴图数据信息的流程示意图。
附图标记汇总：
M0、模型一 M1、模型二 MJ、简化模型 L1、边一
D1、方向一 D2、方向二 P0、像素点 N、法线
C0、距离 P1、新点片 CD、漫反射颜色 CS、高光颜色
SM、平滑度 PN、法线方向 PX0、总像素一 PX1、总像素二
PX、像素变化值 PM、正距离最小的点
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的VR系统中对传统模型的处理方法的实施例。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括对在此记载的实施例做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部分的关系。相同或相似的参考标记用于表示相同或相似的部分。
图1是本发明的VR系统中对传统模型的处理方法的流程示意图。如图1所示，本发明提供一种VR系统中对传统模型的处理方法，其中，包括以下步骤：
步骤一：输入模型一M0；
步骤二：选取所述模型一M0的某一个边，删除所述边并修补所述模型一M0，得到模型二M1；
步骤三：光栅化所述模型一M0、模型二M1，分别计算相对应的总像素一PX0、总像素二PX1及像素变化值PX；
步骤四：当所有所述边没有遍历完，重复所述步骤二；当所有所述边遍历完，比较所述模型二M1每条边对应的所述像素变化值PX，选择像素变化最小值，删除与所述像素变化最小值对应的所述边，并修补所述模型二M1，得到模型三；
步骤五：如果所述模型三的面数不符合系统要求，所述模型三重复上述所述步骤二～四进行迭代处理；如果符合系统要求，则得到最终简化模型MJ。
本发明的进一步实施例中，VR系统中对传统模型的处理方法，还包括以下步骤：选取所述模型一M0空间中某一个方向，按照上述所述步骤二～五进行迭代处理，直至所有所述方向遍历完。
需要说明的是，本发明处理传统模型的原理是尝试减少某一边，并在各个角度对比原模型计算形变，选择形变最小的边，并迭代，直到三角面数符合要求。
图2是本发明的VR系统中对传统模型的处理方法的实施例的流程示意图。如图2所示，本发明的VR系统中对传统模型的处理方法，包括以下步骤：首先输入模型一M0，再选取模型一M0的一个边一L1，去掉边一L1并修补模型一M0得到模型二M1。然后选取模型空间内的某一个方向一D1，重复上述选边、去边等步骤，直至遍历所有的边。再选取模型空间内的某一个方向二D2，重复上述选边、去边等步骤，直至遍历所有的边。模型空间内的其他方向也按照方向一D1或方向二D2的步骤进行，直至所有的方向都已遍历完。然后再分别在方向一D1、方向二D2等其他方向上光栅化模型一M0、模型二M1等，并计算分别对应的总像素一PX0、总像素二PX1等，同时计算像素变化值PX，其中PX＝PX1-PX0。最后比较所有的像素变化值PX，得到去掉该边像素变化的最小的边，同时修复模型，得到简化模型MJ，如果简化模型MJ的三角面数不符合系统要求，则重复上述选边、去掉边、选方向、光栅化模型、计算像素等步骤，若符合要求，则执行结束命令。
图3是本发明的处理UV数据信息的流程示意图。如图3所示，本发明的VR系统中对传统模型的处理方法，还包括以下步骤：
a)根据所述简化模型MJ的顶点位置、拓扑信息填充ABF++算法所需的数据信息；
b)利用ABF++算法计算得到所述简化模型MJ的UV数据一；
c)将所述UV数据一赋给所述简化模型MJ。
需要说明的是，本发明处理UV数据信息的原理是利用ABF++(Fast and RobustAngle Based Flattening)方法生成良好的UV分布，详情见ABF++:Fast and Robust AngleBased Flattening Temporary version-In print Alla Sheffer University ofBritish Columbia Bruno Lévy Inria Lorraine Maxim Mogilnitsky and AlexanderBogomyakov Technion。
本发明的进一步实施例中，VR系统中对传统模型的处理方法，还包括以下步骤：
(1)将所述简化模型MJ与模型一M0的中心点重合；
(2)从所述简化模型MJ上取像素点P0，并沿着所述像素点P0的法线N的负方向移动距离C0，得到新点片P1；
(3)从所述新点片P1沿着所述法线N方向发出射线，所述射线与所述模型一M0有多个交点；
(4)从所述交点中去掉负方向点，并求出正距离C0最小的点PM；
(5)计算所述正距离C0最小的点PM所在的三角面，并计算对应的插值系数UV数据二；
(6)用所述UV数据二插值材质参数，得到所述正距离C0最小的点PM相应的材质参数一；
(7)当所有所述像素点没有遍历完，重复上述所述步骤(2)～(6)，当所有所述像素点均已遍历完，将所述材质参数一保存为对应的材质贴图；
(8)创建使用所述材质贴图的简单材质。
需要说明的是，所述材质参数包括：法线N、漫反射颜色CD、高光颜色CS及平滑度SM，并且移动距离C0为预设值。
图4是本发明的处理材质及贴图数据信息的流程示意图。如图4所示，本发明的VR系统中对传统模型的处理方法，还包括以下步骤：系统开始后，将简化模型MJ与模型一M0的中心点重合，在简化模型MJ上取像素点P0，沿着像素点P0的法线N的负方向移动距离C0，得到新点片P1。从新点片P1沿着法线N方向发出射线，射线与模型一M0有多个交点P2、P3...，从交点P2、P3...中去掉负方向点，并求出正距离C0最小的点PM。然后计算正距离C0最小的点PM所在的三角面，并计算对应的插值系数UV数据二，用UV数据二插值法线N，得到正距离C0最小的点PM相应的法线方向PN，用UV数据二插值漫反射颜色，得到正距离C0最小的点PM相应的漫反射颜色CD，用UV数据二插值高光颜色，得到正距离C0最小的点PM相应的高光颜色CS，用UV数据二插值平滑度，得到正距离C0最小的点PM相应的平滑度SM，差值其他参数得到相应的材质参数。判断像素点是否遍历完，若所有的像素点已遍历完，将新的数据保存为贴图——法线贴图(法线和平滑度)、漫反射贴图(漫反射颜色)、高光贴图(高光颜色)等，并创建使用新的材质贴图的简单材质。
需要说明的是，本发明处理材质及贴图信息的原理是在像素级别，用简单模型上的像素点，按照法线方向发出射线与原模型相交，取得差值系数，插值原模型的交点所在三角面三个顶点的参数，取得该像素点参数，并保存到贴图中。
还需要说明的是，本发明中的"UV"是指u、v纹理贴图坐标的简称(它和空间模型的X、Y、Z轴是类似的)，它定义了图片上每个点的位置的信息。这些点与3D模型是相互联系的，以决定表面纹理贴图的位置。UV就是将图像上每一个点精确对应到模型物体的表面，在点与点之间的间隙位置由软件进行图像光滑插值处理，这就是所谓的UV贴图。
本发明通过减面等手段，以使传统模型能够有效地应用并流畅地运行在VR环境中。本发明通过利用新的处理方法能够方便快速的生成传统模型的简单模型数据，还能够够方便快速的生成UV信息，同时也能够方便快速的生成传送模型的简单材质数据、贴图信息。
以上对本发明的VR系统中对传统模型的处理方法的实施方式进行了说明。对于本发明的VR系统中对传统模型的处理方法的具体特征可以根据上述披露的特征的作用进行具体设计，这些设计均是本领域技术人员能够实现的。而且，上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据本发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。

Claims (6)

1.一种VR系统中对传统模型的处理方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：输入模型一；
步骤二：选取所述模型一的某一个边，删除所述边并修补所述模型一，得到模型二；
步骤三：光栅化所述模型一、模型二，分别计算相对应的总像素一、总像素二及像素变化值；
步骤四：当所有所述边没有遍历完，重复所述步骤二；当所有所述边遍历完，比较所述模型二每条边对应的所述像素变化值，选择像素变化最小值，删除与所述像素变化最小值对应的所述边，并修补所述模型二，得到模型三；
步骤五：如果所述模型三的面数不符合系统要求，所述模型三重复上述所述步骤二～四进行迭代处理；如果符合系统要求，则得到最终简化模型。
2.根据权利要求1所述的VR系统中对传统模型的处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：
选取所述模型一空间中某一个方向，按照上述所述步骤二～五进行迭代处理，直至所有所述方向遍历完。
3.根据权利要求1或2所述的VR系统中对传统模型的处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：
a)根据所述简化模型的顶点位置、拓扑信息填充ABF++算法所需的数据信息；
b)利用ABF++算法计算得到所述简化模型的UV数据一；
c)将所述UV数据一赋给所述简化模型。
4.根据权利要求3所述的VR系统中对传统模型的处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：
(1)将所述简化模型与模型一的中心点重合；
(2)从所述简化模型上取像素点，并沿着所述像素点的法线的负方向移动距离，得到新点片；
(3)从所述新点片沿着所述法线方向发出射线，所述射线与所述模型一有多个交点；
(4)从所述交点中去掉负方向点，并求出正距离最小的点；
(5)计算所述正距离最小的点所在的三角面，并计算对应的插值系数UV数据二；
(6)用所述UV数据二插值材质参数，得到所述正距离最小的点相应的材质参数一；
(7)当所有所述像素点没有遍历完，重复上述所述步骤(2)～(6)；
当所有所述像素点均已遍历完，将所述材质参数一保存为对应的材质贴图；
(8)创建使用所述材质贴图的简单材质。
5.根据权利要求4所述的VR系统中对传统模型的处理方法，其特征在于，所述材质参数包括：法线、漫反射颜色、高光颜色及平滑度。
6.根据权利要求4所述的VR系统中对传统模型的处理方法，其特征在于，所述移动距离为预设值。
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