CN107895401A - 三维模型的数据简化系统及其简化方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一三维模型的数据简化系统及其简化方法和应用，其中所述三维模型的数据简化系统供简化三维模型数据，其中所述三维模型的数据简化系统包括一模型处理单元和一模型规整单元，其中所述模型处理单元能够对所述三维模型数据进行调整以改变所述三维模型的特征，其中所述模型规整单元被通信连接于所述模型处理单元，其中所述模型规整单元能够对被所述模型处理单元处理后的所述三维模型数据进行重新整理以重新绘制所述三维模型。

Description

三维模型的数据简化系统及其简化方法和应用

技术领域

本发明涉及一三维模型的数据简化系统及其简化方法和应用，其中所述三维模型的数据简化系统能够对物体的三维模型数据进行简化，从而提高后续对所述三维模型数据传输和处理的速率。

背景技术

伴随科技的进步，尤其是虚拟现实(Virtual Reality)和增强现实(AugmentedReality)技术的出现，对物体三维模型数据的传输和处理速率便显得尤为重要。获取物体所述三维模型数据的方式通常是依靠精细建模或者是激光扫描，此时获取的物体的所述三维模型数据中通常包含对应于大量的三角形图元数据，此时获取的物体的所述三维模型中的顶点数据动辄数以万计，而包含过多所述顶点数据的所述三维模型数据势必给后续所述三维模型数据的传输和处理带来诸多的不便。

首先，由于所述三维模型数据中的所述顶点数据数过多，从而降低了对所述三维模型数据读取的速率，而当对所述三维模型数据的读取速率减小时，必定降低物体三维模型显示的流畅性。其次，由于所述三维模型数据中的所述顶点数据过多，从而导致后续对所述三维模型渲染需要更多的时间，相应地，也降低了物体三维模型显示的流畅性。为解决此类问题，传统地，是通过所述三维物体数据结构进行优化以提高所述三维模型数据传输的速率，尽管传统的方式能够较好的保留物体三维模型的所有的结构特征，但是采用这种方式，只能通过增强读取物体三维模型的硬件平台的性能或提高读取所述三维模型数据算法的优越性，而无论采用上述何种方式，都无法消除所述三维模型数据的顶点数据中对应的冗余顶点，而本领域技术人员能够知晓的是，在得到所述三维模型数据时，所述三维模型数据包含有冗余顶点的数据和坏点的数据，如果不对所述冗余顶点数据和所述坏点数据进行处理，将势必会影响后续对物体三维模型，尤其是对物体CAD三维模型的处理速率，另外，所述三维模型数据中更包含有对应地坍塌边数据和消减面数据，而传统方法，无法对所述三维模型数据中所述坍塌边数据和所述消减面数据处理，而本领域技术人员能够理解的是，所述坍塌边和所述消减面的消除并不会影响物体三维模型的基本特征。而且，这些冗余点和坏点消除后，虽然对物体三维模型的结构进行了调整，但是并不会影响物体三维模型的基本特征。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一三维模型的数据简化系统及其简化方法和应用，其中国不能所述三维模型的数据简化系统能够对物体的三维模型进行简化。

本发明的一个目的在于提供一三维模型的数据简化系统及其简化方法和应用，其中所述三维模型的数据简化系统特别适于被应用于虚拟现实技术和增强现实技术。

本发明的一个目的在于提供一三维模型的数据简化系统及其简化方法和应用，其中当所述三维模型的数据简化系统被应用于虚拟现实技术或者增强现实技术时，通过所述三维模型的数据简化系统处理后的相应物体的三维图像能够被快速地显示在使用者的眼前。

本发明的一个目的在于提供一三维模型的数据简化系统及其简化方法和应用，其中当所述三维模型的数据简化系统被应用于虚拟现实技术或者增强现实技术时，通过所述三维模型的数据简化系统处理后的相应物体的三维图像能够被高质量地显示在使用者的眼前。

本发明的一个目的在于提供一三维模型的数据简化系统及其简化方法和应用，其中当所述三维模型的数据简化系统被应用于虚拟现实技术或者增强现实技术时，所述三维模型的数据简化系统能够快速地处理物体的三维模型，这有利于使物体的三维模型的采集和在使用者的眼前显示同步进行，即，被采集的物体的三维模型能够同步地显示在使用者的眼前。

本发明的一个目的在于提供一三维模型的数据简化系统及其简化方法和应用，其中所述三维模型的数据简化系统通过对基于物体三维CAD模型的顶点进行消除或/和面线的消减进而能够简化相应物体的三维模型。

本发明的另一个目的在于提供一三维模型的数据简化系统及其简化方法和应用，其中所述三维模型的数据简化系统在对所述物体的所述三维模型进行简化时，通过设定相应的简化基准，从而能够保证物体三维模型整体的基本特征。

本发明的另一个目的在于提供一三维模型的数据简化系统及其简化方法和应用，其中所述三维模型的数据简化系统及其简化方法通过对基于物体三维CAD模型的顶点进行消除或面线的消减进而能够简化相应物体的三维模型，从而提高后续处理所述三维模型的速率。

本发明的另一个目的在于提供一三维模型的数据简化系统及其简化方法和应用，其中所述三维模型的数据简化系统及其简化方法能够被用以增强现实和虚拟现实等技术中，从而能够在保证所述三维模型整体基本特征的同时，能够提高处理处理所述物体的所述三维模型的速率，进而能够保证显示所述物体的三维模型的连续性。

为实现本发明以上至少一个目的，本发明提供一三维模型的数据简化系统，供简化三维模型数据，包括：

一模型处理单元，其中所述模型处理单元能够对所述三维模型数据进行调整以改变所述三维模型的特征；和

一模型规整单元，其中所述模型规整单元被通信连接于所述模型处理单元，其中所述模型规整单元能够对被所述模型处理单元处理后的所述三维模型数据进行重新整理以重新绘制所述三维模型，从而得到简化后的三维模型数据。

根据本发明一实施例，其中所述模型处理单元包括一顶点处理子单元，其中所述顶点处理子单元被通信连接于所述模型规整单元，其中所述顶点处理子单元能够对所述三维模型数据中的顶点数据进行处理，以消除所述顶点数据中对应的冗余顶点。

根据本发明一实施例，其中所述顶点处理子单元包括：

一冗余点判断模块，其中所述冗余点判断模块能够辨识所述顶点数据对应的冗余顶点以形成相应的冗余顶点判断结果；和

一冗余点处理模块，其中所冗余点处理模块被通信连接于所述冗余点判断模块和所述模型规整单元，其中所述冗余点处理模块能够从所述冗余点判断模块获取所述顶点判断结果，以消除所述顶点数据中对应的所述冗余顶点。

根据本发明一实施例，其中所述模型处理单元包括一边处理子单元，其中所述边处理子单元被通信连接于所述模型规整单元，其中所述边处理子单元能够对所述三维模型数据中的坍塌边数据进行处理，以消除所述三维模型所述坍塌边。

根据本发明一实施例，其中所述模型处理单元包括一边处理子单元，其中所述边处理子单元被通信连接于所述模型规整单元、所述冗余点处理模块，其中所述边处理子单元能够对所述三维模型数据中的坍塌边数据进行处理，以消除所述三维模型所述坍塌边。

根据本发明一实施例，其中所述边处理子单元包括：

一坍塌边判断模块，其中所述坍塌边判断模块能够辨识所述顶点数据对应的坍塌边以形成相应的坍塌边判断结果；和

一边处理模块，其中所述边处理模块被通信连接于所述坍塌边判断模块和所述模型规整单元，其中所述模型规整单元能够从所述坍塌便判断模块获取所述坍塌便判断结果，以消减所述坍塌边。

根据本发明一实施例，其中所述边处理子单元包括：

一坍塌边判断模块，其中所述坍塌便判断模块被通信连接于所述冗余点处理模块，其中所述坍塌边判断模块能够辨识所述顶点数据对应的坍塌边以形成相应的坍塌边判断结果；和

一边处理模块，其中所述边处理模块被通信连接于所述坍塌边判断模块和所述模型规整单元，其中所述模型规整单元能够从所述坍塌便判断模块获取所述坍塌便判断结果，以消减所述坍塌边。

根据本发明一实施例，其中所述三维模型的数据简化系统包括一面处理子单元，其中所述面处理子单元被通信连接于所述模型规整单元。

根据本发明一实施例，其中所述三维模型的数据简化系统包括一面处理子单元，其中所述面处理子单元被通信连接于所述冗余点处理模块和所述模型规整单元。

根据本发明一实施例，其中所述三维模型的数据简化系统进一步包括一面处理子单元，其中所述面处理子单元被通信连接于所述面处理模块和所述模型规整单元。

根据本发明一实施例，其中所述面处理子单元进一步包括：

一消减面判断模块，其中所述消减面判断单元能够能够辨识所述三维模型数

据中对应的消减面数据；和

一面处理模块，其中所述面处理模块被通信连接于所述消减面判断模块和所述模型规整单元。

根据本发明一实施例，其中所述面处理子单元进一步包括：

一消减面判断模块，其中所述消减面判断模块被通信连接于所述冗余点处理模块，其中所述消减面判断单元能够能够辨识所述三维模型数据中对应的消减面数据；和

一面处理模块，其中所述面处理模块被通信连接于所述消减面判断模块和所述模型规整单元。

根据本发明一实施例，其中所述三维模型的数据简化系统包括：

一消减面判断模块，其中所述消减面判断模块被通信连接于所述边处理模块，其中所述消减面判断单元能够能够辨识所述三维模型数据中对应的消减面数据；和

一面处理模块，其中所述面处理模块被通信连接于所述消减面判断模块和所述模型规整单元。

根据本发明一实施例，其中所述三维模型的数据简化系统包括一数据读入单元，其中所述数据读入单元包括：

一数据读入模块；

一数据格式判断模块，其中所述数据格式判断模块被通信连接于所述数据读入模块；

一数据转化模块，其中所述数据转化模块被通信连接于所述数据格式判断模块；以及

一数据解析模块，其中所述数据解析模块被通信连接于所述数据格式判断模块和所述转化模块。

为实现本发明以上至少一个目，本发明提供一三维模型的数据简化方法，包括：

(1)简化不影响所述三维模型基本特征中的相应数据，以对所述三维模型进行部分修剪；和

(2)重整修剪后的所述三维模型的数据，以得到简化后的三维模型数据。

根据本发明一实施例，其中所述(1)包括：

(1.1)消除所述三维模型中对应于所述三维模型的数据中冗余顶点的顶点数据。

根据本发明一实施例，其中所述(1)包括：

(1.2)消减所述三维模型中的坍塌边数据。

根据本发明一实施例，其中所述(1)包括：

(1.3)消减所述三维模型中的消减面相关的数据。

依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一基于三维模型的数据简化系统的成像方法，其中所述成像方法包括如下步骤：

(a)采集一物体的三维模型数据；

(b)简化所述三维模型数据中的顶点数据、坍塌边数据以及消减面数据，以得到简化后的三维模型数据；以及

(c)显示所述三维模型数据。

根据本发明的一实施例，在所述步骤(b)中进一步包括步骤：

(b.1)通过一顶点处理子单元简化所述三维模型数据中的冗余顶点，以简化所述三维模型数据中的顶点数据；

(b.2)通过一边处理子单元简化所述三维模型数据中的坍塌边，以简化所述三维模型数据中的坍塌边数据；以及

(b.3)通过一面处理子单元简化所述三维模型数据中的消减面，以简化所述三维模型数据中的消减面数据。

说明书附图

图1为本发明一三维模型的数据简化系统的示意图。

图2为本发明一三维模型数据简化系统中一数据读入单元兼容数据格式的流程图。

图3A为本发明一三维模型数据简化系统对坍塌边数据处理前的示意图。

图3B为本发明一三维模型数据简化系统对坍塌边数据处理后的示意图。

图4为本发明一三维模型数据简化系统进行面消减时的示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

参考图1至图4，本发明公开一三维模型的数据简化系统100，其中所述三维模型的数据简化系统100包括一模型处理单元10和一模型规整单元20，其中所述模型规整单元20被通信连接于所述模型处理单元10，其中所述模型处理单元10能够对物体的三维模型数据进行处理，其中所述模型处理单元10在简化物体的所述三维模型数据的同时，也能够保留物体的所述三维模型的基本特征，其中所述模型规整单元20能够对被所述模型处理单元10简化后的物体的所述三维模型数据进行重新规整，以重新形成所述三维模型。本领域技术人员能够理解的是，当所述三维模型的数据简化系统100被应用于增强现实设备和虚拟现实设备时，由于物体的所述三维模型数据被简化，相应地，提高了所述三维模型数据在对应设备中处理中和传输的速率。

所述模型处理单元10包括一顶点处理子单元11，其中所述顶点处理子单元11被通信连接于所述模型规整单元20，其中所述顶点处理子单元11能够对所述三维模型数据中对应的顶点数据进行处理，以消除所述顶点数据中对应的冗余顶点，其中所述模型规整单元20能够从所述顶点处理子单元11获取被所述顶点处理子单元11处理后的所述三维模型的数据，并能够将被所述顶点处理子单元11处理后的所述三维模型的数据重新整理。

具体地，所述顶点处理子单元11包括一冗余点判断模块111和冗余点处理模块112，其中所述冗余点处理模块112被通信连接于所述冗余点判断模块111，其中所述冗余点判断模块111能够对获取的所述三维模型数据的所述顶点数据进行分析判断，以辨识出所述顶点数据中对应的冗余顶点并形成相应的顶点判断结果，其中所述冗余点处理模块112能够获取所述顶点判断结果，并能够根据所述顶点判断结果对所述顶点数据中对应的所述冗余顶点进行处理。

更具体地，当所述冗余点判断模块111获取所述三维模型数据后，首先分析所述三维模型数据的所述顶点数据，以判断每个所述顶点是否为所述冗余顶点，如果当前被分析的所述顶点数据被认定为冗余顶点，所述冗余点判断模块111将形成相应的所述顶点判断结果，其中所述冗余点处理模块112从所述冗余点判断模块111获取所述顶点判断结果后，进而能够对所述顶点数据对应的所述顶点进行归并；如果当前被分析的所述顶点数据被认定为不是冗余顶点，所述冗余点判断模块111将形成相应的所述顶点判断结果，其中所述冗余点处理模块112从所述冗余点判断模块111获取相应的所述顶点判断结果后，并相应地保留所述顶点数据对应的所述顶点。

在本发明中，所述冗余点判断模块111获取的所述三维模型数据包括表征所述三维模型顶点数量P_num的所述顶点数据、所述面片数量F_num的所述面片数据，其中所述冗余点判断模块111能够获取至少一基准数据。在本发明一实施例中，所述基准数据对应一基准值，其中所述基准值被实施为包括表征所述三维模型的复杂度T_1-5，和对应所述复杂度下，所述三维模型合理的顶点数量P_i-j和所述面片数量F_i-j范围。所述冗余点判断模块111能够计算所述三维模型的所述数据中对应的所述顶点数据中任意两顶点之间的最长距离l_max，并取αlmax作为归并阈值的上界，其中

其中所述冗余点判断模块111能够计算任意两所述顶点点之间的距离l_ij，如果l_ij小于ε，则所述冗余点判断模块111能够判断出该两个所述顶点中存在所述冗余顶点，并且所述冗余点判断模块111能够形成相应的所述顶点判断数据，其中所述冗余点处理模块112能够从所述冗余点判断模块111获取所述顶点判断数据，并且所述冗余点判断模块111能够根据所述顶点判断数据相应地将两所述顶点进行归并；反之，如果l_ij大于ε，则表示两个点在本次计算中没有所述冗余顶点，同时所述冗余点判断模块111也形成相应的所述顶点判断数据，其中根据所述顶点判断数据，所述冗余点处理模块112进而保留该两所述顶点数据。

值得一提的是，在本发明中，所述冗余点处理模块112能够对所述三维模型的顶点进行处理，具体地，在本发明实施例中，当所述顶点判断数据表示该两点中存在冗余顶点时，所述冗余顶点处理模块112能够替换所述数据中相应顶点的索引号，从完成所述冗余顶点的消除。

当所述冗余点处理模块112完成对所述三维模型数据处理后，所述模型规整单元20能够将被所述冗余点处理模块112处理后的所述三维模型数据进行重新规整，进而能够重新整理经过所述顶点处理子单元11处理后的所述三维模型数据。

值得一提的是，本发明所述三维模型的数据简化系统100能够被用以简化物体的三维模型的数据，其中所述三维物体的数据格式被实施为3ds或obj格式。

更值得一提的是，所述三维模型的数据简化系统100进一步包括一数据读入单元30，其中所述数据读入单元30被通信连接于所述模型处理单元10，其中所述模型处理单元10能够读入和解析所述三维模型的数据。

在本发明一实施例中，所述数据读入单元30被通信连接于所述顶点处理子单元11的所述冗余点判断模块111，其中所述数据读入单元30能够读入物体所述三维模型的数据，并且所述数据读入单元30能够解析物体所述三维模型的数据，比如在本发明实施例中，所述数据读入单元30能够在读入所述三维模型的数据后，通过每一行最开始前缀类型来对数据进行区分，其中所述冗余点判断模块111能够从所述数据读入单元30获取相应的数据。

参考图2，值得一提的是，所述数据读入单元30包括一数据读入模块31、一数据格式判断模块32、一数据格式转化模块33以及一数据解析模块34，其中所述数据格式判断模块32和所述数据格式转化模块33被通信连接于所述数据读入模块31，其中所述数据解析模块34被通信连接于所述数据格式转化模块33和所述数据格式判断模块32，并且所述数据解析模块34被通信连接于所述模型处理单元10。

所述数据读入模块31能够读取物体所述三维模型数据，其中所述数据格式判断模块32能够从所述数据读入模块31获取所述三维模型数据，进而能够判断所述数据读入模块31获取的所述三维模型的数据的格式是否为所述三维模型的数据简化系统兼容的类型，同时，所述数据格式判断模块32能够获取一基准格式数据，其中所述基准格式数据用以表征所述三维模型的数据简化系统100能够处理的数据格式，其中当所述数据格式判断模块32获取的所述三维模型的数据与所述基准格式数据中表征的基准格式相同时，则所述数据格式判断模块32能够直接将获取的数据传输至所述数据解析模块34；其中当所述数据格式判断模块32获取的所述三维模型的数据格式与所述基准格式数据中表征的所述基准格式不同时，则所述数据格式转化模块33能够从所述数据格式判断模块32获取所述数据，进而将所述三维模型的数据格式转化为与所述基准格式数据中表征的格式一致，进而，所述数据格式转化模块33进一步能够将物体所述三维模型的数据传输至所述数据解析模块34进行解析，以便所述模型处理单元10能够对所述三维模型数据进行处理。

在本发明一实施例中，所述数据读入单元30的所述数据解析模块34被通信连接于所述顶点处理子单元11.，具体地，所述数据读入单元30被通信连接于所述顶点处理子单元11的所述冗余点判断模块111，以使所述冗余点判断模块111能够从所述数据解析模块34中获取相应的所述三维模型数据。

本领域技术人员能够理解的是，藉由所述数据读入单元30，所述三维模型的数据简化系统100能够对不同格式的所述三维模型的数据都能够进行处理。

进一步地，所述模型处理单元10进一步包括一边处理子单元12，其中所述边处理子单元12被通信连接于所述模型规整单元20，其中所述边处理子单元12能够获取所述三维模型数据，并且能够对所述三维模型数据中的坍塌边数据进行处理。

在本发明一实施例中，所述边处理子单元12被通信连接于所述数据读入单元30的所述数据解析模块34，进而使所述边处理子单元12能够从所述数据读入单元30的所述数据解析模块34获取所述三维模型数据。

值得一提的是，在本发明另一实施例中，所述边处理子单元12被通信连接于所述顶点处理子单元11的所述冗余点处理模块112，也就是说，所述边处理子单元112同时也能够对所述顶点处理子单元11处理后的所述三维模型进行边坍塌处理，从而使得所述三维模型的数据简化系统100不仅能够消除所述顶点数据对应的冗余顶点，也能够消减所述坍塌边数据对应的所述坍塌边。

为使本领域技术人员能够理解理解本发明，在本实施例中，仅以所述边处理子单元12被通信连接于所述数据读入单元30的所述数据解析模块34为例进行阐述说明。

具体地，所述边处理子单元12进一步包括一坍塌边判断模块121和一边处理模块122，其中所述边处理模块122被通信连接于所述坍塌边判断模块121，其中所述坍塌边判断模块121被通信连接于所述数据读入单元30的所述数据解析模块34，其中所述坍塌边判断模块121能够辨识出所述坍塌边数据中对应的坍塌边数据，并形成相应的坍塌边判断结果，其中所述边处理模块122能够从所述坍塌边判断模块121获取所述坍塌边判断结果，并基于所述坍塌边判断结果对相应的所述坍塌边进行处理，进而简化所述三维模型数据。

本领域技术人员能够理解的是，在本发明另一实施例中，所述边处理子单元12被通信连接于所述冗余点处理模块112，具体地，所述边处理子单元12的所述坍塌判断模块121被通信连接于所述冗余点处理模块112，从而使所述三维模型的数据简化系统100不仅能够通过对所述三维模型数据中的所述顶点数据进行处理而实现对物体三维模型进行简化，同时也通过对所述三维模型数据中的的边进行处理而实现对物体三维模型进行简化。

更具体地，所述坍塌边判断模块121能够从所述三维模型数据的所述顶点数据对应的任意两个相邻顶点之间形成的边，如图3A和图3B所示的顶点u、v，其中所述坍塌边判断模块121能够获取包含以所述顶点u、v为边的两个面的法向量和包含所述顶点u、v的边本身的曲率值，并且能够比较所述法向量的点积得到以所述顶点u、v为边的所述曲率值，其公式为：

其中所述T_u是包含所述顶点u的三角形集合，其中所述T_uv是同时包含所述顶点u与所述顶点v的三角形集合，进一步地，所述坍塌边判断模块121能够计算所述法向量与所述曲率值之间的乘积，如果所述坍塌边判断模块121计算所述法向量与所述曲率值之间的乘积小于阈值δ，其中所述δ满足以下公式

则所述坍塌边判断模块121形成相应的所述坍塌边判断结果，其中所述边处理模块122将该边uv进行坍塌处理，具体地，所述边处理模块122将除去所有以所述uv为边的三角形；如果所述坍塌边判断模块121计算所述法向量与所述曲率值之间的乘积大于阈值δ，则所述边处理模块122将保留该边uv。

值得一提的是，所述边处理子单元的所述边处理模块122被通信连接于所述模型规整单元20，其中所述模型规整单元20能够将经过所述边处理模块122处理的所述三维模型的数据进行规整。具体地，如果所述坍塌边判断模块121计算所述法向量与所述曲率值之间的乘积小于阈值δ，所述边处理模块122将以u为顶点的所述坍塌边数据全部用v替代，随后，所述边处理模块122将移除所述顶点u，并重新合并三角形面片。

值得一提的是，所述阈值δ在一定程度上代表着消减所述坍塌边之后，对所述三维模型的数据对应的所述三维模型整体影响的大小，如果所述坍塌边判断模块121计算所述法向量与所述曲率值之间的乘积小于阈值δ，则消减所述坍塌边对所述三维模型整体影响不大，并不影响所述三维模型的整体特征。反之，如果所述坍塌边判断模块121计算所述法向量与所述曲率值之间的乘积大于阈值δ消除所述坍塌边，则消除所述坍塌边对所述三维模型整体特征影响较大，此时应当保留所述坍塌边。

本领域技术人员能够理解的是，通过对所述坍塌边的处理，一方面保证了所述三维模型的基本特征，另一方面，相应消除了所述三维模型的数据所述坍塌边的数据，从而提高后续对所述三维模型数据传输和处理的速率。更进一步地，所述模型处理单元10包括一面处理子单元13，其中所述面处理子单元13被通信连接于所述模型处理单元10，以能够处理所述三维模型数据中的消减面数据，其中所述面处理子单元13被通信连接于所述模型规整单元20，进而使所述模型规整单元20能够获取所述。

在本发明另一实施例中，所述面处理子单元13被通信连接于所述数据读入单元30的所述数据解析模块34，从而能够从所述数据解析模块34获取所述三维模型的数据，进而能够对所述消减面数据进行处理。

在本发明的另一个实施例中，所述面处理子单元13被通信连接于所述冗余点处理模块112，从而使所述面处理子单元13能够对被进行冗余顶点处理后的所述三维模型的数据进一步进行处理。

所述面处理子单元13包括一消减面判断模块131和一面处理模块132，其中所述消减面判断模块131被通信连接于所述数据解析模块34，进而能够对所述物体的三维模型进行面片消减，其中所述面处理模块132被通信连接于所述消减面判断模块131，进而在所述消减面判断模块131判断出所述三维模型的数据中存在对应于消减面的数据时，所述面处理模块132进而能够对所述物体的三维模型的数据中对应消减面的所述数据进行处理。

值得一提的是，在本发明一实施中，所述消减面判断模块131被通信连接于所述冗余点处理模块112，也就是说，在本发明实施例中，所述面处理单元能够对被所述顶点处理子单元11的所述冗余点处理模块112处理后的物体三维模型进行面片的消减。在本发明另一实施例中，所述面处理单元13能够对被所述边处理子单元122处理过的所述三维模型的数据进行面片消减，从而实现简化物体三维模型的目的。

具体地，所述面处理单元包括一消减面判断模块131和一消减面处理模块132，在本发明实施例中，所述消减面判断模块131被通信连接于所述边处理模块122，其中所述消减面判断模块131在从所述边处理模块122获取被所述边处理模块122处理过的物体三维模型的数据后，所述边处理模块122能够进一步对所述三维模型的数据进行面消减。

更具体地，在本发明一实施例中，所述消减面判断模块131从所述数据中所述所有存在公共边的三角形面片，然后再计算所述公共边的所有相邻面之间的法向量之间夹角θ，其中所述消减面判断模块131能够获取一夹角基准值η，其中当所述公共边的所有相邻面之间的法向量之间夹角θ大于所述夹角基准值η时，则可以认定相邻的所述三角形面片属于同一平面，则所述判断模块131将形成相应消减面片的消减面判断数据，进一步地，所述面消减模块进一步能够计算出该公共边上的顶点到另一相邻面的距离，其中将距离最小的公共边上的顶点删去，坍塌所述删去的顶点的相邻面；其中当所述公共边的所有相邻面之间的法向量之间夹角θ小于所述基准值η时，则认定两所述三角形属于不同平面。

例如，如图4所示，面ADC和面ACB有公共边AC，S1为面ADC的法向量，S2为面ACB的法向量，f1，f2，f3，f4分别为边DA、DC、BA、BC的向量。设面ADC与面ABC的夹角为θ，则有：

S₁＝f₁×f₂

S₂＝f₄×f₃

根据右手定则可知S1，S2指向纸内，因此S1，S2的夹角就是面ADC与面ACB的夹角，根据上式有:

显然当θ越接近180°时，两个面越接近同一个平面，一般取θ的阈值η大于150°，当θ大于η时，则可认定两三角形面片属于同一平面；根据点法式可以求得面DCB和面ADB的方程分别为:

A₁x+B₁y+C₁z+D₁＝0

A₂x+B₂y+C₂z+D₂＝0

则点A(x₁,y₁,z₁)到面DCB，点C(x₂,y₂,z₂)到面ADB的距离分别为:

其中(A1，B1，C1)、(A2、B2，C2)的分别为点A和点C的坐标

若d1<d2，则判定这两个面坍缩到面DCB，则从面索引中去掉点A；若d1>d2，则判定这两个面坍缩到面ADB，则从面索引中去掉点C。

所述面处理单元13的所述面处理模块132被通信连接于所述模型规整单元20，其中所述模型规整单元20能够对被所述面处理模块132处理过的所述三维模型的数据重新规整，以便形成简化后的所述三维模型的数据。

根据本发明的另一个方面，本发明提供一三维模型的数据简化方法，其中所述方法包括：

(1)简化不影响所述三维模型基本特征中的相应数据，以对所述三维模型进行部分修剪；和

(2)重整修剪后的所述三维模型的数据；

根据本发明一实施例，所述步骤(1)包括：

(1.1)消除所述三维模型中对应于所述三维模型的数据中冗余顶点的顶点数据。

具体地，在本发明是实施例中，所述三维模型的数据简化系统100的所述顶点处理子单元11能够判断出所述三维模型中对应于所述冗余顶点，并能够将相应地冗余顶点消除。

更具体地，所述步骤(1.1)进一步包括：

(1.1.1)通过设定相应地基准值寻找所述顶点数据；和

(1.1.2)消除所述冗余点的所述顶点数据。

在本发明中，所述顶点处理子单元11的所述冗余点判断模块111能够于所述三维模型的数据中寻找出对应于所述冗余顶点的数据，其中被通信连接于所述冗余点判断模块111的所述冗余点处理模块112能够消除冗余顶点。

所述步骤(1)包括：

(1.2)消减所述三维模型中的坍塌边数据。

具体地，在本发明实施例中，所述步骤(1.2)包括：

(1.2.1)通过设定相应地阈值寻找以两顶点为端点的所述坍塌边数据；和

(1.2.2)合并所述坍塌边上两所述顶点的顶点数据。

所述步骤(1)进一步包括：

(1.3)消减所述三维模型中的消减面相关的数据。

所述步骤(1.3)包括：

(1.3.1)通过判定相邻的所述三角形面片是否属于同一平面寻找消减面；和

(1.3.2)将所述消减面坍塌。

依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一基于三维模型的数据简化系统的成像方法，其中所述成像方法包括如下步骤：

(a)采集一物体的三维模型数据；

(b)简化所述三维模型数据中的顶点数据、坍塌边数据以及消减面数据，以得到简化后的三维模型数据；以及

(c)显示所述三维模型数据。

通过上述这样的方式，当使用者使用应用了所述三维模型的数据简化系统的虚拟显示设备或者增强显示设备时，被采集的物体的三维模型能够同步地显示在使用者的眼前，这对于提高所述虚拟显示设备或者所述增强显示设备的流畅性来说特别的重要，并且对于保证和提高所述虚拟显示设备或者所述增强显示设备的使用效果来说是特别有用的。

优选地，在所述步骤(b)中进一步包括步骤：

(b.1)通过一顶点处理子单元11简化所述三维模型数据中的冗余顶点，以简化所述三维模型数据中的顶点数据；

(b.2)通过一边处理子单元12简化所述三维模型数据中的坍塌边，以简化所述三维模型数据中的坍塌边数据；以及

(b.3)通过一面处理子单元13简化所述三维模型数据中的消减面，以简化所述三维模型数据中的消减面数据。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (20)

1.一三维模型的数据简化系统，供简化三维模型数据，其特征在于，包括：

一模型处理单元，其中所述模型处理单元能够对所述三维模型数据进行调整以改变所述三维模型的特征；和

一模型规整单元，其中所述模型规整单元被通信连接于所述模型处理单元，其中所述模型规整单元能够对被所述模型处理单元处理后的所述三维模型数据进行重新整理以重新绘制所述三维模型，从而得到简化后的三维模型数据。

2.根据权利要求1所述的三维模型的数据简化系统，其中所述模型处理单元包括一顶点处理子单元，其中所述顶点处理子单元被通信连接于所述模型规整单元，其中所述顶点处理子单元能够对所述三维模型数据中的顶点数据进行处理，以消除所述顶点数据中对应的冗余顶点。

3.根据权利要求2所述的三维模型的数据简化系统，其中所述顶点处理子单元包括：

一冗余点判断模块，其中所述冗余点判断模块能够辨识所述顶点数据对应的冗余顶点以形成相应的冗余顶点判断结果；和

一冗余点处理模块，其中所冗余点处理模块被通信连接于所述冗余点判断模块和所述模型规整单元，其中所述冗余点处理模块能够从所述冗余点判断模块获取所述顶点判断结果，以消除所述顶点数据中对应的所述冗余顶点。

4.根据权利要求1所述的三维模型的数据简化系统，其中所述模型处理单元包括一边处理子单元，其中所述边处理子单元被通信连接于所述模型规整单元，其中所述边处理子单元能够对所述三维模型数据中的坍塌边数据进行处理，以消除所述三维模型所述坍塌边。

5.根据权利要求3所述的三维模型的数据简化系统，其中所述模型处理单元包括一边处理子单元，其中所述边处理子单元被通信连接于所述模型规整单元、所述冗余点处理模块，其中所述边处理子单元能够对所述三维模型数据中的坍塌边数据进行处理，以消除所述三维模型所述坍塌边。

6.根据权利要求4所述的三维模型的数据简化系统，其中所述边处理子单元包括：

一坍塌边判断模块，其中所述坍塌边判断模块能够辨识所述顶点数据对应的坍塌边以形成相应的坍塌边判断结果；和

一边处理模块，其中所述边处理模块被通信连接于所述坍塌边判断模块和所述模型规整单元，其中所述模型规整单元能够从所述坍塌便判断模块获取所述坍塌便判断结果，以消减所述坍塌边。

7.根据权利要求5所述的三维模型的数据简化系统，其中所述边处理子单元包括：

一坍塌边判断模块，其中所述坍塌便判断模块被通信连接于所述冗余点处理模块，其中所述坍塌边判断模块能够辨识所述顶点数据对应的坍塌边以形成相应的坍塌边判断结果；和

一边处理模块，其中所述边处理模块被通信连接于所述坍塌边判断模块和所述模型规整单元，其中所述模型规整单元能够从所述坍塌便判断模块获取所述坍塌便判断结果，以消减所述坍塌边。

8.根据权利要求1所述的三维模型的数据简化系统，其中所述三维模型的数据简化系统包括一面处理子单元，其中所述面处理子单元被通信连接于所述模型规整单元。

9.根据权利要求4所述的三维模型的数据简化系统，其中所述三维模型的数据简化系统包括一面处理子单元，其中所述面处理子单元被通信连接于所述冗余点处理模块和所述模型规整单元。

10.根据权利要求6所述的三维模型的数据简化系统，其中所述三维模型的数据简化系统进一步包括一面处理子单元，其中所述面处理子单元被通信连接于所述面处理模块和所述模型规整单元。

11.根据权利要求8所述的三维模型的数据简化系统，其中所述面处理子单元进一步包括：

一消减面判断模块，其中所述消减面判断单元能够能够辨识所述三维模型数据中对应的消减面数据；和

一面处理模块，其中所述面处理模块被通信连接于所述消减面判断模块和所述模型规整单元。

12.根据权利要求9所述的三维模型的数据简化系统，其中所述面处理子单元进一步包括：

一消减面判断模块，其中所述消减面判断模块被通信连接于所述冗余点处理模块，其中所述消减面判断单元能够能够辨识所述三维模型数据中对应的消减面数据；和

一面处理模块，其中所述面处理模块被通信连接于所述消减面判断模块和所述模型规整单元。

13.根据权利要求12所述的三维模型的数据简化系统，其中所述三维模型的数据简化系统包括：

一消减面判断模块，其中所述消减面判断模块被通信连接于所述边处理模块，其中所述消减面判断单元能够能够辨识所述三维模型数据中对应的消减面数据；和

一面处理模块，其中所述面处理模块被通信连接于所述消减面判断模块和所述模型规整单元。

14.根据权利要求1至13中任一所述的三维模型的数据简化系统，其中所述三维模型的数据简化系统包括一数据读入单元，其中所述数据读入单元包括：

一数据读入模块；

一数据格式判断模块，其中所述数据格式判断模块被通信连接于所述数据读入模块；

一数据转化模块，其中所述数据转化模块被通信连接于所述数据格式判断模块；以及

一数据解析模块，其中所述数据解析模块被通信连接于所述数据格式判断模块和所述转化模块。

15.一三维模型的数据简化方法，其特征在于，包括：

(1)简化不影响所述三维模型基本特征中的相应数据，以对所述三维模型进行部分修剪；和

(2)重整修剪后的所述三维模型的数据，以得到简化后的三维模型数据。

16.根据权利要求15所述的三维模型的数据简化方法，其中所述(1)包括：

(1.1)消除所述三维模型中对应于所述三维模型的数据中冗余顶点的顶点数据。

17.根据权利要求16所述的三维模型的数据简化方法，其中所述(1)包括：

(1.2)消减所述三维模型中的坍塌边数据。

18.根据权利要求17所述的三维模型数据简化方法，其中所述(1)包括：

(1.3)消减所述三维模型中的消减面相关的数据。

19.一基于三维模型的数据简化系统的成像方法，其特征在于，所述成像方法包括如下步骤：

(a)采集一物体的三维模型数据；

(b)简化所述三维模型数据中的顶点数据、坍塌边数据以及消减面数据，以得到简化后的三维模型数据；以及

(c)显示所述三维模型数据。

20.根据权利要求19所述的成像方法，其中在所述步骤(b)中进一步包括步骤：

(b.1)通过一顶点处理子单元简化所述三维模型数据中的冗余顶点，以简化所述三维模型数据中的顶点数据；

(b.2)通过一边处理子单元简化所述三维模型数据中的坍塌边，以简化所述三维模型数据中的坍塌边数据；以及

(b.3)通过一面处理子单元简化所述三维模型数据中的消减面，以简化所述三维模型数据中的消减面数据。