CN114693817B - 一种3d网格模型的压缩及解压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于3D网格模型压缩技术领域，具体公开了一种3D网格模型的压缩及解压方法，其中压缩方法包括：获取二进制格式的STL模型并转换为Buffer流；保留0‑83字节的文件信息，其中，0‑79字节为文件名，80‑83字节为三角面数；对第83字节后面的每50字节的三角面信息进行处理；每个三角面处理完毕后返回基于新协议格式的新Buffer流，所述新Buffer流第0‑83字节为文件信息；往后是每个顶点信息，用4字节的0进行分隔；若S1‑S4未能成功，则提示压缩失败。通过使用STL新型存储协议，得到压缩后的STL模型在传输时占用更小的带宽；在传输管道上被截取也不易被破译；且节省了服务器空间。提高了STL模型数据传输效率和安全性；且匹配现有的医疗场景；加压解压后模型结构不失真。
Description
技术领域
本发明属于3D网格模型压缩技术领域，特别是关于一种3D网格模型的压缩及解压方法。
背景技术
STL：STL(STereoLithography,立体光刻)是由3D Systems软件公司创立、原本用于立体光刻计算机辅助设计软件的文件格式。它有一些事后诸葛的字头语如“标准三角语言(Standard Triangle Language)”、“标准曲面细分语言(Standard TessellationLanguage)”、“立体光刻语言(STereolithography Language)”和“(立体光刻曲面细分语言)”。许多套装软件支持这种格式，它被广泛用于快速成型、3D打印和计算机辅助制造(CAM)。STL文件仅描述三维物体的表面几何形状，没有颜色、材质贴图或其它常见三维模型的属性。STL格式有文字和二进码两种型式。二进码型式因较简洁而较常见。
目前对STL模型压缩如下：
公开号为106445981A、名称为一种基于小波变换的STL网格模型切片数据自适应压缩方法的发明专利，包括以下步骤：步骤1、读取ASCII格式的STL网格模型，提取出STL网格模型中三角形的点、边和面信息，并建立拓扑关系；步骤2、根据读取的STL网格模型大小及所需要的切片的位置，确定STL网格模型中每一层的切片厚度；步骤3、求取切片与STL网格模型的一层交点坐标，并利用小波变换对切片后的数据进行自适应性压缩和优化；步骤4、切完一层后进入下一层进行切片，直至遍历所有的切片片段，切完后生成轮廓环。
中国机械工程公开的“一种新的STL数据压缩存储格式”论文：针对STL文件冗余过多，不便于文件传输的缺陷，提出一种新的STL数据文件存储格式——压缩STL数据格式。这种格式顶点按z、y、x方向进行排序，按顺序存储各点的坐标，接着按右手规则建立三角形面对点的索引，依次保存每个面的索引信息，完整地保留了STL文件的全部信息，同时尽可能地减少数据冗余，使压缩STL文件的尺寸大约为原二进制格式文件的1/3～1/2，非常有利于网络制造过程的文件传输。此外由于数据已经排序，数据处理时间大大缩短。
上述现有技术存在以下缺陷：1.不适用于现有医疗场景；2.部分压缩算法导致模型结构失真；3.提供压缩方法而没有提供相应的解压方法；4.压缩算法与现有系统不匹配。
发明内容
本发明的目的在于提供一种3D网格模型的压缩方法，包括以下步骤：
S1，获取二进制格式的STL模型并转换为Buffer流；
S2，保留0-83字节的文件信息，其中，0-79字节为文件名，80-83字节为三角面数；
S3，对从0字节开始算第83字节之后的每50字节为三角面信息每50字节的三角面信息进行处理；
S4，每个三角面处理完毕后返回基于新协议格式的新Buffer流，所述新Buffer流第0-83字节为文件信息；往后是每个顶点信息，用4字节的0进行分隔；
S5，若S1-S4未能成功，则提示压缩失败。
优选地，所述二进制格式的STL模型为：
0-79字节为文件名，80-83字节为三角面个数，往后每50个字节为一个三角面信息。
优选地，各所述三角面信息格式如下：
0-11字节为法向量信息，12-23字节为顶点A坐标，24-35字节为顶点B坐标，36-47为顶点C坐标，48-49字节为颜色；
每个顶点坐标平均分成3份，每份4个字节，按空间坐标(x，y，z)的顺序解析成32位小端序浮点数。
优选地，所述新协议格式为：
0-79字节为文件名，80-83字节为三角面个数；
后面开始为三角面的每个顶点坐标，且0-3字节为X轴坐标，4-7字节为Y轴坐标，8-11字节为Z轴坐标；每4字节为一组，顶点位置大于0，文字流结尾eof为4字节的0。
优选地，所述S3具体包括：当前为第n个三角面，每个三角面由顶点A、B、C构成，每个顶点对应一个三维坐标(X，Y，Z)；n为自然数；每个三角面的处理步骤如下：
S3.1，分别获取A、B、C顶点坐标，即12–47字节，每12字节为一个顶点坐标；
S3.2，以每个顶点坐标的X、Y、Z轴坐标信息为key，key＝“X|Y|Z”，每个key对应一个用于记录顶点位置信息的数组；
S3.3，每个顶点坐标对应数字c＝[A:0,B:1,C:2]，顶点位置信息＝n*3+c+1，顶点位置信息以4字节正整数保存。
本发明提供了一种3D网格模型的解压方法，包括：
S1，获取3D网格模型的压缩方法按照新协议格式进行压缩得到的压缩包的Buffer流；
S2，压缩包Buffer中0-83字节为文件信息，其中，0-79字节为文件名，80-83字节为三角面数；根据三角面数生成长度为：84+三角面数*50、用0填充的新Buffer流；
S3，把压缩包Buffer中0-83字节复制到新Buffer流；
S4，压缩包Buffer中第84字节往后是各个顶点信息，其中每个顶点信息的头12字节为三维坐标信息，后面每4字节为顶点位置信息，每个顶点信息以4字节的0作为结尾；对每个顶点的顶点位置信息进行如下操作：
S4.1，确定此点所在三角面的序号；设此点所在的三角面序号为a，那么a＝向下取整(顶点位置信息/3)；
S4.2，确定此点所在三角面的端点，设端点为d，那么d＝顶点位置信息％3；
S4.3，把顶点的12字节坐标信息写入新Buffer流中，位置为：83+50*a+12*(1+d)；
S5，计算新Buffer流中每个三角面的法向量，填入每个三角面的头12字节里面；
S6，此时新Buffer流就是标准STL模型的Buffer流，提示解压成功并返回；否则提示解压失败。
优选地，所述二进制格式的STL模型为：
0-79字节为文件名，80-83字节为三角面个数，往后每50个字节为一个三角面信息；
各所述三角面信息格式如下：
0-11字节为法向量信息，12-23字节为顶点A坐标，24-35字节为顶点B坐标，36-47为顶点C坐标，48-49字节为颜色。
优选地，各所述三角面信息格式如下：
0-11字节为法向量信息，12-23字节为顶点A坐标，24-35字节为顶点B坐标，36-47为顶点C坐标，48-49字节为颜色。
优选地，每个顶点坐标平均分成3份，每份4个字节，按空间坐标(x，y，z)的顺序解析成32位小端序浮点数。
优选地，所述新协议格式为：
0-79字节为文件名，80-83字节为三角面个数；
后面开始为三角面的每个顶点坐标，且0-3字节为X轴坐标，4-7字节为Y轴坐标，8-11字节为Z轴坐标；每4字节为一组，顶点位置大于0，文字流结尾eof为4字节的0。
与现有技术相比，根据本发明的一种3D网格模型的压缩及解压方法，其中压缩方法包括：获取二进制格式的STL模型并转换为Buffer流；保留0-83字节的文件信息，其中，0-79字节为文件名，80-83字节为三角面数；对第83字节后面的每50字节的三角面信息进行处理；每个三角面处理完毕后返回基于新协议格式的新Buffer流，所述新Buffer流第0-83字节为文件信息；往后是每个顶点信息，用4字节的0进行分隔；若S1-S4未能成功，则提示压缩失败。通过算法将旧的STL协议转换成新的STL协议，使用STL新型存储协议，得到压缩后的STL模型在传输时占用更小的带宽；在传输管道上被截取也不易被破译；且节省了服务器空间。提高了STL模型数据传输效率和安全性；且匹配现有的医疗场景；加压解压后模型结构不失真。
附图说明
图1为本发明提供的一种3D网格模型的压缩方法流程图；
图2为本发明提供的一种3D网格模型的解压方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，根据本发明优选实施方式的一种3D网格模型的压缩方法，包括以下步骤：
S1，获取二进制格式的STL模型并转换为Buffer流。此时需要先判断输入进来的模型是否为二进制格式的STL模型。若否，则提示用户重新输入二进制格式的STL模型，若是则进入下一步。
具体地，二进制格式的STL模型为：
0-79字节为文件名，80-83字节为三角面个数，往后每50个字节为一个三角面信息。
各所述三角面信息格式如下：
0-11字节为法向量信息，12-23字节为顶点A坐标，24-35字节为顶点B坐标，36-47为顶点C坐标，48-49字节为颜色。且每个顶点坐标平均分成3份，每份4个字节，按空间坐标(x，y，z)的顺序解析成32位小端序浮点数。
S2，按照新协议格式进行压缩；新协议格式为：
0-79字节为文件名，80-83字节为三角面数即三角面的个数；
S3，第83字节后面开始为三角面的每个顶点坐标，且0-3字节为X轴坐标，4-7字节为Y轴坐标，8-11字节为Z轴坐标；每4字节为一组，顶点位置大于0，文字流结尾eof为4字节的0。
该步骤具体包括：假设当前为第n个三角面，每个三角面由顶点A、B、C构成，每个顶点对应一个三维坐标(X，Y，Z)；n为自然数；每个三角面的处理步骤如下：
S3.1，分别获取A、B、C顶点坐标，即12–47字节，每12字节为一个顶点坐标；
S3.2，以每个顶点坐标的X、Y、Z轴坐标信息为key，key＝“X|Y|Z”，每个key对应一个用于记录顶点位置信息的数组；
S3.3，每个顶点坐标对应数字c＝[A:0,B:1,C:2]，顶点位置信息＝n*3+c+1，顶点位置信息以4字节正整数保存。
S4，每个三角面处理完毕后返回基于新协议格式的新Buffer流，所述新Buffer流第0-83字节为文件信息；往后是每个顶点信息，用4字节的0进行分隔。
S5，压缩成功后返回基于新协议格式的Buffer流，否则提示压缩失败。
本发明实施例还提供了一种3D网格模型的解压方法，包括：
S1，获取根据如前所述的3D网格模型的压缩方法按照新协议格式进行压缩得到的压缩包的Buffer流；
S2，压缩包Buffer中0-83字节为文件信息，其中，0-79字节为文件名，80-83字节为三角面数；根据三角面数生成长度为：84+三角面数*50、用0填充的新Buffer流；
S3，把压缩包Buffer中0-83字节复制到新Buffer流；
S4，压缩包Buffer中第84字节往后是各个顶点信息，其中每个顶点信息的头12字节为三维坐标信息，后面每4字节为顶点位置信息，每个顶点信息以4字节的0作为结尾；对每个顶点的顶点位置信息进行如下操作：
S4.1，确定此点所在三角面的序号；设此点所在的三角面序号为a，那么a＝向下取整(顶点位置信息/3)；
S4.2，确定此点所在三角面的端点，设端点为d，那么d＝顶点位置信息％3；
S4.3，把顶点的12字节坐标信息写入新Buffer流中，位置为：83+50*a+12*(1+d)；
S5，计算新Buffer流中每个三角面的法向量，填入每个三角面的头12字节里面；
S6，此时新Buffer流就是标准STL模型的Buffer流，提示解压成功并返回；否则提示解压失败。
在一个具体的实施场景中，解压方法具体包括：
第一步，获取如前所述的3D网格模型的压缩方法按照新协议格式进行压缩得到的压缩包的Buffer流。
新协议格式为：0-79字节为文件名，80-83字节为三角面个数；
后面开始为三角面的每个顶点坐标，且0-3字节为X轴坐标，4-7字节为Y轴坐标，8-11字节为Z轴坐标；每4字节为一组，顶点位置大于0，文字流结尾eof为4字节的0。
第二步，按照二进制格式的STL模型进行解压。二进制格式的STL模型为：
0-79字节为文件名，80-83字节为三角面个数，往后每50个字节为一个三角面信息；
各所述三角面信息格式如下：
0-11字节为法向量信息，12-23字节为顶点A坐标，24-35字节为顶点B坐标，36-47为顶点C坐标，48-49字节为颜色。
各所述三角面信息格式如下：
0-11字节为法向量信息，12-23字节为顶点A坐标，24-35字节为顶点B坐标，36-47为顶点C坐标，48-49字节为颜色。且每个顶点坐标平均分成3份，每份4个字节，按空间坐标(x，y，z)的顺序解析成32位小端序浮点数。
第三步，解压成功后返回STL模型的Buffer流，否则提示压缩失败。
上述压缩方法与解压方法互为逆向过程。
与现有技术相比，根据本发明的一种3D网格模型的压缩及解压方法，其中压缩方法包括：获取二进制格式的STL模型；按照新协议格式进行压缩；压缩成功后返回基于新协议格式的Buffer流，否则提示压缩失败。通过算法将旧的STL协议转换成新的STL协议，使用STL新型存储协议，得到压缩后的STL模型在传输时占用更小的带宽；在传输管道上被截取也不易被破译；且节省了服务器空间。提高了STL模型数据传输效率和安全性；且匹配现有的医疗场景；加压解压后模型结构不失真。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (8)
1.一种3D网格模型的压缩方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取二进制格式的STL模型并转换为Buffer流；
S2，保留0-83字节的文件信息，其中，0-79字节为文件名，80-83字节为三角面数；
S3，对从0字节开始算第83字节之后的每50字节的三角面信息进行处理；所述S3具体包括：当前为第n个三角面，每个三角面由顶点A、B、C构成，每个顶点对应一个三维坐标(X，Y，Z)；n为自然数；每个三角面的处理步骤如下：
S3.1，分别获取A、B、C顶点坐标，即12–47字节，每12字节为一个顶点坐标；
S3.2，以每个顶点坐标的X、Y、Z轴坐标信息为key，key＝“X|Y|Z”，每个key对应一个用于记录顶点位置信息的数组；
S3.3，每个顶点坐标对应数字c＝[A:0,B:1,C:2]，顶点位置信息＝n*3+c+1，顶点位置信息以4字节正整数保存；
S4，每个三角面处理完毕后返回基于新协议格式的新Buffer流，所述新Buffer流第0-83字节为文件信息；往后是每个顶点信息，用4字节的0进行分隔；
S5，若S1-S4未能成功，则提示压缩失败。
2.根据权利要求1所述的3D网格模型的压缩方法，其特征在于，所述二进制格式的STL模型为：
0-79字节为文件名，80-83字节为三角面个数，往后每50个字节为一个三角面信息。
3.根据权利要求2所述的3D网格模型的压缩方法，其特征在于，各所述三角面信息格式如下：
0-11字节为法向量信息，12-23字节为顶点A坐标，24-35字节为顶点B坐标，36-47为顶点C坐标，48-49字节为颜色；
每个顶点坐标平均分成3份，每份4个字节，按空间坐标(x，y，z)的顺序解析成32位小端序浮点数。
4.根据权利要求3所述的3D网格模型的压缩方法，其特征在于，所述新协议格式为：
0-79字节为文件名，80-83字节为三角面个数；
后面开始为三角面的每个顶点坐标，且0-3字节为X轴坐标，4-7字节为Y轴坐标，8-11字节为Z轴坐标；每4字节为一组，顶点位置大于0，文字流结尾eof为4字节的0。
5.一种3D网格模型的解压方法，其特征在于，包括：
S1，获取根据权利要求1-4任一项所述的3D网格模型的压缩方法按照新协议格式进行压缩得到的压缩包的Buffer流；
S2，压缩包Buffer中0-83字节为文件信息，其中，0-79字节为文件名，80-83字节为三角面数；根据三角面数生成长度为：84+三角面数*50、用0填充的新Buffer流；
S3，把压缩包Buffer中0-83字节复制到新Buffer流；
S4，压缩包Buffer中第84字节往后是各个顶点信息，其中每个顶点信息的头12字节为三维坐标信息，后面每4字节为顶点位置信息，每个顶点信息以4字节的0作为结尾；对每个顶点的顶点位置信息进行如下操作：
S4.1，确定此点所在三角面的序号；设此点所在的三角面序号为a，那么a＝向下取整(顶点位置信息/3)；
S4.2，确定此点所在三角面的端点，设端点为d，那么d＝顶点位置信息％3；
S4.3，把顶点的12字节坐标信息写入新Buffer流中，位置为：83+50*a+12*(1+d)；
S5，计算新Buffer流中每个三角面的法向量，填入每个三角面的头12字节里面；
S6，此时新Buffer流就是标准STL模型的Buffer流，提示解压成功并返回；否则提示解压失败。
6.根据权利要求5所述的3D网格模型的解压方法，其特征在于，所述二进制格式的STL模型为：
0-79字节为文件名，80-83字节为三角面个数，往后每50个字节为一个三角面信息；
各所述三角面信息格式如下：
0-11字节为法向量信息，12-23字节为顶点A坐标，24-35字节为顶点B坐标，36-47为顶点C坐标，48-49字节为颜色。
7.根据权利要求6所述的3D网格模型的解压方法，其特征在于，每个顶点坐标平均分成3份，每份4个字节，按空间坐标(x，y，z)的顺序解析成32位小端序浮点数。
8.根据权利要求7所述的3D网格模型的解压方法，其特征在于，所述新协议格式为：
0-79字节为文件名，80-83字节为三角面个数；
后面开始为三角面的每个顶点坐标，且0-3字节为X轴坐标，4-7字节为Y轴坐标，8-11字节为Z轴坐标；每4字节为一组，顶点位置大于0，文字流结尾eof为4字节的0。
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| Title |
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| 基于拓扑关系的STL文件格式研究;任乃飞等;农业机械学报;20051130;第36卷(第11期);143-145 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114693817A (zh) | 2022-07-01 |
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