CN109934928A - 基于骨架化的三维模型简化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于骨架化的三维模型简化方法，包括步骤是首先生成三维模型的体素网格，即二元三维图像；利用二元三维图像近似表示三维模型；然后使用细化方法，通过并行或串行的子迭代，将二元三维图像细化至单体素连通的骨架，最后获取骨架中的分叉点和端点，设定剪枝阈值，将分叉点到端点的长度与剪枝阈值进行比对，如果分叉点到端点的长度小于剪枝阈值，则删除该端点所在的分支。本发明的三维模型简化方法利用一维曲线替代原网格，生成多个不同细节层次的模型，在保持视觉效果的条件下极大的降低了三维模型的数据量。

Description

基于骨架化的三维模型简化方法

技术领域

本发明涉及计算机领域，尤其涉及一种三维模型数据的压缩方法。

背景技术

在现有技术中，三维模型简化方法主要有聚类法和增量简化法两种；聚类法的步骤包括：生成聚类、计算表现因子、生成网格和改变拓扑结构；增量简化法则是通过不断迭代使得三角形边坍塌(两个顶点合为一个)，实现网格简化。这两类三维模型简化方法的缺陷在于：1、容易造成三角形退化为线段或顶点；2、网格的拓扑结构不能很好的保持；3、不适用于不规范的非流行网格。

发明内容

本发明要解决的技术问题是对三维曲面网格模型进行基于骨架化的有失真的网格简化，用低维度的网格模型(一维曲线)替代原网格，生成多个不同细节层次的模型，有利于各种网络条件和渲染资源下的网络传输与实时渲染。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于骨架化的三维模型简化方法，包括如下步骤：

步骤1：生成三维模型的体素网格，即二元三维图像；具体做法是

设定三维模型为M＝{v,f}，其中v为N_v×3的顶点三维坐标，f为N_f×3的三角面顶点序号，Z³为M所在的三维离散空间；

构造同样大小的三维图像I，三维网格模型将Z³空间分为不连通的2个区域，如果体素(m,n,k)在M包围之外，则I(m,n,k)＝0，否则，I(m,n,k)＝1；

则二元三维图像I近似表示三维模型M；

步骤2：使用细化方法、基于Voronoi图的方法或基于距离变换的方法获得三维模型的骨架；所述细化方法是指通过并行或串行的子迭代，将二元三维图像I细化至单体素连通的骨架。

步骤3：进一步简化骨架；获取骨架中的分叉点和端点，设定剪枝阈值，将分叉点到端点的长度与剪枝阈值进行比对，如果分叉点到端点的长度小于剪枝阈值，则删除该端点所在的分支；还可以对骨架的所有分支进行Hough变换，如果检测到骨架分支与基础几何图形近似，则将该骨架分支替换为对应的基础几何图形，基础几何图形是指直线、圆弧、圆等规则而常见的几何图形。

有益效果：本发明的三维模型简化方法利用一维曲线替代原网格，生成多个不同细节层次的模型，在保持视觉效果的条件下极大的降低了三维模型的数据量；具体简化效率受模型影响，发明人在实际应用中将拥有47790个顶点、75676个三角面的杆塔模型简化为拥有6306个顶点、5153条线段的新简化模型，大大降低了模型对传输性能和渲染资源的要求。

附图说明

图1是实施例1中犰狳的三维模型。

图2是实施例1中犰狳的体素模型(其一)。

图3是实施例1中犰狳的体素模型(其二)。

图4是实施例1中犰狳的体素模型(其三)。

图5是实施例1中犰狳的体素模型(其四)。

图6是对实施例1中犰狳模型进行迭代的过程图(其一)。

图7是对实施例1中犰狳模型进行迭代的过程图(其二)。

图8是对实施例1中犰狳模型进行迭代的过程图(其三)。

图9是对图8进行剪枝之后的图。

图10是实施例1的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1

图1所示的是犰狳的三维模型，本实施例将对该犰狳进行基于骨架化的三维模型简化，步骤如下(如图10所示)：

步骤1：生成三维模型的体素网格，即二元三维图像；具体做法是

设定三维模型为M＝{v,f}，其中v为N_v×3的顶点三维坐标，f为N_f×3的三角面顶点序号，Z³为M所在的三维离散空间；

构造同样大小的三维图像I，三维网格模型将Z³空间分为不连通的2个区域，如果体素(m,n,k)在M包围之外，则I(m,n,k)＝0，否则，I(m,n,k)＝1；

则二元三维图像I近似表示三维模型M；图2至图5所展示的是针对二元三维图像I在不同位置的横截面图；

步骤2：使用细化方法获得三维模型的骨架；具体做法是通过并行或串行的子迭代，将二元三维图像I细化至单体素连通的骨架，图6至图8是迭代的过程图(为了方便观察，图8中以淡显的方式添加了犰狳的原图)；

步骤3：进一步简化骨架；获取骨架中的分叉点和端点(图8中以深色圆圈标出了分叉点，以浅色圆圈标出了端点)，设定剪枝阈值，将分叉点到端点的长度与剪枝阈值进行比对，如果分叉点到端点的长度小于剪枝阈值，则删除该端点所在的分支；剪除分支后的骨架如图9所示。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于骨架化的三维模型简化方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：生成三维模型的体素网格；

步骤2：获得三维模型的骨架。

2.根据权利要求1所述的基于骨架化的三维模型简化方法，其特征在于：所述体素网格为二元三维图像，具体构造方式是，

设定三维模型为M＝{v,f}，其中v为N_v×3的顶点三维坐标，f为N_f×3的三角面顶点序号，Z³为M所在的三维离散空间；

构造同样大小的三维图像I，三维网格模型将Z³空间分为不连通的2个区域，如果体素(m,n,k)在M包围之外，则I(m,n,k)＝0，否则，I(m,n,k)＝1；则二元三维图像I近似表示三维模型M。

3.根据权利要求2所述的基于骨架化的三维模型简化方法，其特征在于：获得三维模型的骨架的方法包括细化方法、基于Voronoi图的方法和基于距离变换的方法，所述细化方法是指通过并行或串行的子迭代，将二元三维图像I细化至单体素连通的骨架。

4.根据权利要求3所述的基于骨架化的三维模型简化方法，其特征在于还包括：步骤3：简化骨架；获取骨架中的分叉点和端点，设定剪枝阈值，将分叉点到端点的长度与剪枝阈值进行比对，如果分叉点到端点的长度小于剪枝阈值，则删除该端点所在的分支。

5.根据权利要求4所述的基于骨架化的三维模型简化方法，其特征在于：所述步骤3还包括对骨架的所有分支进行Hough变换，如果检测到骨架分支与基础几何图形近似，则将该骨架分支替换为对应的基础几何图形。