CN116843861A - 一种三维模型简化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三维模型简化方法，包括：填补细小的孔洞，修复边、面片的非流型情况，确保输出的三维模型是一个二维流型；基于平坦性和紧凑性准则，对模型表面进行划分为chart；模型纹理重新参数化，得到参数化的结果后，将chart中面片的纹理贴赋在参数化表面，生成这个chart的texture atlas，将所有chart对应的texture atlas合成纹理图像，实现了模型纹理的重新参数化；采用边折叠方式简化模型，且简化过程中确保chart边界上的顶点保留，纹理坐标不变，进行带约束的简化；在简化过程中，将细长三角形占当前所有三角形的比重作为判定简化过程是否结束的条件，将顶点、边及面片的比值做为一个模型简化过程结束的启发式判定规则。本发明优化了模型简化的终止判别条件。
Description
技术领域
本发明涉及图像建模技术领域，尤其是涉及一种三维模型简化方法。
背景技术
多边形模型是计算机图形学中最流行、最重要，并且得到最广泛支持的模型表示方法。随着技术的发展，尤其是基于图像建模技术，激光扫描技术的成熟，模型的复杂性(通常用多边形的数量来度量)常常超过了系统的处理能力。为此人们提出了很多简化算法，用于简化模型上相对较小、远离观察者或者不重要的区域，以便降低渲染开销或占用较少的传输带宽，从而既可以提高运行速度，又不明显影响场景的视觉效果。
对于有边界、孔洞的模型，如果简化过程中要保持边界，也即边界上的点不作简化的话，由于简化过程中模型内部执行了大量简化操作，而边界点没有简化，因此会生成大量的细长三角形，影响简化模型的网格质量，这种细长三角形本身也是在构造模型中要尽力避免的。
当位于纹理边界上顶点通过边折叠删除时，该顶点的纹理会被赋予到折叠后的顶点上，导致纹理偏离原来的几何位置，出现纹理的拉伸和变形。
边形模型是计算机图形学中最流行、最重要，并且得到最广泛支持的模型表示方法。随着技术的发展，尤其是基于图像建模技术，激光扫描技术的成熟，模型的复杂性(通常用多边形的数量来度量)常常超过了系统的处理能力。为此人们提出了很多简化算法，用于简化模型上相对较小、远离观察者或者不重要的区域，以便降低渲染开销或占用较少的传输带宽，从而既可以提高运行速度，又不明显影响场景的视觉效果。
常见的简化方式包括顶点聚类(Vertex Clustering)、增量式简化(IncrementalDecimation)、采样(Sampling)和自适应细分(Adaptive Subdivision)等，不同的简化方式通常具有不同的适应性、效率、实现难度等。
顶点聚类的思想很简单：对于给定的多边形表面，把模型所在空间分成很多个小格(小格尺寸小于用户指定的近似误差阈值ε)，为每个小格计算一个代表顶点，把原始模型落在这个小格内的顶点都合并到代表顶点上。如果一个三角形有两个或者三个顶点位于同一小格之内，就会被删除，网格因此得到简化。
增量式删除从原始模型开始，每次根据用户指定的准则选取一个点删除，对相关区域重新进行三角化。这个准则可能仅判断顶点能否删除，也可能对这个操作对模型质量的影响给出一个量化的值(称为误差度量)。候选被删除点通常根据误差度量的升序存放在堆结构中。每次选择最小值对应的点删除，并对那些邻域发生改变的顶点重新计算误差度量，调整它们在堆中的位置，这是主要的运算开销。
采样算法在原始模型表面分布新的采样点，在模型上对新采样点三角形化，删除原始顶点，得到简化网格，算法试图构造一个和这些采样点拟合程度最高的简化模型。
自适应细分算法从一个简单的基网格开始，对该网格进行迭代细分，每次细分都向模型添加更多的细节，直到细分模型和原始模型的相似性达到用户确定的阈值为止。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三维模型简化方法，以解决现有技术中存在的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种三维模型简化方法，该方法包括如下步骤：
S1模型表面修复，填补细小的孔洞，修复边、面片的非流型情况，确保输出的三维模型是一个二维流型；
S2模型表面划分，基于平坦性和紧凑性准则，对模型表面进行划分为chart；
S3模型纹理重新参数化，得到参数化的结果后，将chart中面片的纹理贴赋在参数化表面，生成这个chart的texture atlas，将所有chart对应的texture atlas合成纹理图像，实现了模型纹理的重新参数化，且重新生成的纹理能够确保每个chart都在连续的纹理空间内；
S4模型简化，采用边折叠方式简化模型，且简化过程中确保chart边界上的顶点保留，纹理坐标不变，进行带约束的简化；
在简化过程中，将细长三角形占当前所有三角形的比重作为判定简化过程是否结束的条件，将顶点、边及面片的比值做为一个模型简化过程结束的启发式判定规则。
进一步的，所述步骤S2中，划分过程采用自底向上方式，首先设定模型的每个表面多边形都是一个chart，而后逐步合并相邻chart，得到模型表面的一个划分。
进一步的，在简化过程中将纹理chart的边界作为约束条件，禁止将纹理边界上的顶点折叠到其他顶点上。
进一步的，当所述细长三角形占当前所有三角形的比重超过30％时，结束简化过程。
进一步的，所述细长三角形通过角度判别或者边长判别，所述角度判别为：三角形最小内角小于20.7度，或者最大内角超过138.6度；所述边长判别为：三角面外接圆的半径与三角形最小边比超过
进一步的，所述顶点与面片的比值为1:1，以及边与面片的比值为2:1。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明在模型简化阶段，采用边折叠方式简化模型表面多边形，对于有边界、孔洞的模型，如果简化过程中要保持边界，也即边界上的点不作简化的话，由于简化过程中模型内部执行了大量简化操作，而边界点没有简化，因此会生成大量的细长三角形，会降低简化模型的网格质量，影响最终的渲染效果。在简化过程中，本发明方法引入了简化终止的判别条件，首先可以将这类三角形占当前所有三角形的比重作为判定简化过程是否结束的条件。然后，模型中边与面片比例，正常的模型，顶点、边及面片的比例大约为1：3：2，当模型简单化到一定程度后，受到模型边界等条件制约，顶点和边相对于面片的比例通常会上升，因此可以考虑将这个比值做为一个模型简化过程结束的启发式判定规则。
本发明采用的简化过程的终止条件，在最大限度对模型进行简化的情况下，又不会影响模型的几何或纹理特征。降低渲染开销或占用较少的传输带宽，从而既可以提高运行速度，又不明显影响场景的视觉效果。
当位于纹理边界上顶点通过边折叠删除时，该顶点的纹理会被赋予到折叠后的顶点上，导致纹理偏离原来的几何位置，为了避免这种情况，需要引入纹理空间连续性上的限制，确保简化几何信息过程中不影响纹理贴赋。可以考虑在简化过程中将纹理chart的边界作为约束条件，禁止将纹理边界上的顶点折叠到其他顶点上。但对于某些图片重建的三维模型，其纹理边界有可能会很破碎，加上约束条件后会影响简化效率。为此，可以先将纹理chart进行合并，生成较大的chart，然后再做带约束的简化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的三维模型简化方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的细长三角形的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
结合图1和图2所示，本实施例提供了一种三维模型简化方法的具体实施方式，具体的说，加载三维模型，三角网格是由三维空间中的三角形通过边和顶点连接承德分段线性曲面，三角网格M可由顶点集合V＝{v1,v2,...vm}和三角集合F＝{f1,f2...fn}组成的二元组M＝(V,F)来表示。
首先对模型表面进行简单修复，填补较小的孔洞，修复边、面片的非流型情况，如删除模型中存在的重叠面，离群点等，使模型为二维流型。
然后基于平坦性和紧凑性准则，对模型表面进行划分为chart。划分过程采用自底向上方式，首先认为模型的每个表面多边形都是一个chart，而后逐步合并相邻chart，在合并过程中检查平坦性和紧凑性准则是否得到满足，并在合适条件下终止合并过程，得到模型表面的一个划分。
得到参数化的结果后，将chart中面片的纹理贴赋在参数化表面，生成这个chart的texture atlas，将所有chart对应的texture atlas合成纹理图像，实现了模型纹理的重新参数化，且重新生成的纹理能够确保每个chart都在连续的纹理空间内。
chart边界上的顶点保留，纹理坐标不变，作为约束条件，进行带约束的边折叠简化。递归的执行边折叠操作求得简化模型，对待简化的边{Vt,Vs}，执行删除操作，把两个点Vt和Vs合并为一个点Vk，共用边{Vt,Vs}的两个三角形退化为边，并被删除。
在以面数为目标条件的同时，设计2个终止条件，将细长三角形占当前所有三角形的比重作为判定简化过程是否结束的条件；顶点、边及面片的比值做为一个模型简化过程结束的启发式判定规则。简化过程程中，如果还未简化到目标面数，并且没有触发终止条件情况下，进行迭代，执行递归边折叠简化算法，直到触发模型简化的终止条件，或者简化到目标面数，终止执行模型简化，保存简化后的模型成果。
细长三角形可以通过角度判别，也可以通过边长判别。角度判别，一般是当最大角接近180度，或者最大角与最小角的角度比超过一个预设的比值。边长判别，一般是最小边与三角面外接圆的半径相差较大，或者通过最大边和最小边的边长比值进行判定。
本实施例优化了模型简化的终止判别条件；通过先将纹理chart进行合并，生成较大的chart，然后再以纹理边界为约束条件做带约束的简化；优化了模型简化过程中纹理保持的方法，避免纹理偏离原来的几何位置，出现拉伸变形的问题。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种三维模型简化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1模型表面修复，填补细小的孔洞，修复边、面片的非流型情况，确保输出的三维模型是一个二维流型；
S2模型表面划分，基于平坦性和紧凑性准则，对模型表面进行划分为chart；
S3模型纹理重新参数化，得到参数化的结果后，将所述chart中面片的纹理贴赋在参数化表面，生成该chart的texture atlas，将所有chart对应的texture atlas合成纹理图像，实现了模型纹理的重新参数化，且重新生成的纹理能够确保每个chart都在连续的纹理空间内；
S4模型简化，采用边折叠方式简化模型，且简化过程中确保chart边界上的顶点保留，纹理坐标不变，进行带约束的简化；
在简化过程中，将细长三角形占当前所有三角形的比重作为判定简化过程是否结束的条件，将顶点、边及面片的比值做为一个模型简化过程结束的启发式判定规则。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，划分过程采用自底向上方式，首先设定模型的每个表面多边形都是一个chart，而后逐步合并相邻chart，得到模型表面的一个划分。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在简化过程中将纹理chart的边界作为约束条件，禁止将纹理边界上的顶点折叠到其他顶点上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述细长三角形占当前所有三角形的比重超过30％时，结束简化过程。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述细长三角形通过角度判别或者边长判别，所述角度判别为：三角形最小内角小于20.7度，或者最大内角超过138.6度；所述边长判别为：三角面外接圆的半径与三角形最小边比超过
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述顶点与面片的比值为1:1，以及边与面片的比值为2:1。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117197396A (zh) * | 2023-11-03 | 2023-12-08 | 北京飞渡科技股份有限公司 | 一种大规模三维场景快速轻量化方法 |
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2023
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Cited By (2)
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| CN117197396A (zh) * | 2023-11-03 | 2023-12-08 | 北京飞渡科技股份有限公司 | 一种大规模三维场景快速轻量化方法 |
| CN117197396B (zh) * | 2023-11-03 | 2024-03-01 | 北京飞渡科技股份有限公司 | 一种大规模三维场景快速轻量化方法 |
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