CN117173370A - 一种在轻量化过程中保持对象边界的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在轻量化过程中保持对象边界的方法，涉及三维模型轻量化处理技术领域。该方法包括获取三维场景数据中的三角形构件；对所有三角形构件提取对应的三条边，构建无向边集合；根据无向边集合中的每条无向边的关联信息确定无向边的类型；根据确定的无向边的类型计算缩减无向边过程的几何变形值；根据无向边集合中各条无向边计算的几何变形值确定对无向边进行缩减的处理顺序。本发明通过推迟变态网格的轻量化过程或者直接保持不变，能够有效提高三维模型轻量化结果的纹理质量。

Description

一种在轻量化过程中保持对象边界的方法

技术领域

本发明涉及三维模型轻量化处理技术领域，具体涉及一种在轻量化过程中保持对象边界的方法。

背景技术

三维场景中包含大量的构件，即三维场景实际是由成千上万个在空间上分离的构件拼凑起来的。在轻量化过程中，这些单个构件的边界几何数据描述了构件的几何细节特征，这些边界数据的重要性比构件内部的几何数据更需要保留下来。

众所周知，轻量化算法都是建立在三维模型的几何网格的缩边基础上的，即每缩减几何网格上的一条边，都会将与该边连接的三角形删除，同时周围三角形会覆盖删除三角形原先所在的模型表面。在这个缩边的过程中，处于三维模型构件边界处的边与三维模型构件内部的边会有相同的机会被缩减掉，连带其连接的三角形也会删除，三维模型构件的边界不可避免地会发生变形，导致整个三维模型构件的细节特征也会消失。因此现有方法在处理BIM或者3DMAX等3D场景数据中存在的变态网格数据时，会导致其轻量化结果中出现纹理瑕疵等问题。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种在轻量化过程中保持对象边界的方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种在轻量化过程中保持对象边界的方法，包括以下步骤：

S1、获取三维场景数据中的三角形构件；

S2、对所有三角形构件提取对应的三条边，构建无向边集合；

S3、根据无向边集合中的每条无向边的关联信息确定无向边的类型；

S4、根据确定的无向边的类型计算缩减无向边过程的几何变形值；

S5、根据无向边集合中各条无向边计算的几何变形值确定对无向边进行缩减的处理顺序。

进一步地，所述无向边的类型包括：

无向边为边界边和无向边为内部边。

进一步地，所述根据无向边集合中的每条无向边的关联信息确定无向边的类型的方法包括：

S31、依次遍历无向边集合中的每条无向边；

S32、根据当前无向边的两个端点所关联的所有三角形中存在的端点数量确定通过当前无向边连接的三角形；

S33、根据通过当前无向边连接的三角形的数量确定无向边的类型。

进一步地，所述根据当前无向边的两个端点所关联的所有三角形中存在的端点数量确定通过当前无向边连接的三角形的方法包括：

判断当前无向边的两个端点所关联的所有三角形中是否同时存在两个端点；

若是，则该三角形为通过当前无向边连接的三角形；

否则遍历下一个三角形。

进一步地，所述根据通过当前无向边连接的三角形的数量确定无向边的类型的方法包括：

判断通过当前无向边连接的三角形的数量是否为1个；

若是，则当前无向边为边界边；

否则当前无向边为内部边。

进一步地，所述根据确定的无向边的类型计算缩减无向边过程的几何变形值的方法包括：

S41、对无向边类型为边界边，计算对缩减无向边过程添加缩减阻抗项的几何变形值；

S42、对无向边类型为内部边，计算缩减无向边过程的几何变形值。

进一步地，所述计算对缩减无向边过程添加缩减阻抗项的几何变形值的方法包括：

，

其中，表示顶点误差，V表示三维空间的顶点坐标，T表示矩阵转置，表示通过当前无向边连接的三角形所在平面，/>表示与当前无向边连接的唯一三角形所在平面的垂直平面。

进一步地，所述计算缩减无向边过程的几何变形值的方法包括：

，

其中，表示顶点误差，V表示三维空间的顶点坐标，T表示矩阵转置，表示通过当前无向边连接的三角形所在平面。

进一步地，所述根据无向边集合中各条无向边计算的几何变形值确定对无向边进行缩减的处理顺序的方法包括：

S51、将无向边集合中各条无向边计算的几何变形值进行排序，构建无向边优先队列；

S52、按照无向边优先队列依次对无向边进行缩减，判断是否满足预设条件；

若是，则流程结束；

否则将当前无向边缩减为一个点所关联的所有三角形的边构建无向边集合，并返回步骤S3。

进一步地，所述判断是否满足预设条件的方法包括：

判断三维场景数据中的三角形构件的数量是否减少到设定阈值；或无向边优先队列是否为空；

若是，则流程结束；否则执行步骤S6。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过推迟变态网格的轻量化过程或者直接保持不变，从而将缩边产生的几何变形推迟到更高的LOD模型层级中，解决了由于变态网格数据导致的轻量化结果有纹理瑕疵的问题，能够有效提高三维模型轻量化结果的纹理质量。

附图说明

图1为本发明中一种在轻量化过程中保持对象边界的方法流程示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

本发明实施例提供了一种在轻量化过程中保持对象边界的方法，其采用的技术路线为：将三维模型构件边界处的边与其内部的边首先区别开来，然后在计算边的缩边产生的几何形变时，将加大三维模型构件边界处的边的几何形变的量，从而优先对三维模型构件内部的边进行缩边，从而阻止其边界处的边过快的缩边，导致三维模型构件边界过快消失，就算是边界发生较大形变，也是发生在三维模型LOD模型的高级别才会发生，而三维模型LOD模型的高级别只有在远距离、低分辨率时才会替代原始三维模型，从而避免了三维模型构件肉眼可见的发生边界的几何变形，从而在肉眼可见范围内保留了其边界的几何特征。

如图1所示，本发明实施例提供的一种在轻量化过程中保持对象边界的方法，包括以下步骤S1至S6：

S1、获取三维场景数据中的三角形构件；

在本发明的一个可选实施例中，本实施例针对三维模型的三维场景数据，从三维场景数据中获取所有三角形构件A{v0,v1,v2}，其中v0,v1,v2表示三角形的三个顶点。

S2、对所有三角形构件提取对应的三条边，构建无向边集合；

在本发明的一个可选实施例中，由于三维场景数据的轻量化过程，需要在此过程中首先区分哪些边是三维模型构件的边界边，哪些边是三维模型构件的内部边，因此本实施例对所有三角形构件A提取对应的三条边{v0v1,v1v2,v2v0}，并根据提取的所有三角形构件的三条边构建无向边集合E。

S3、根据无向边集合中的每条无向边的关联信息确定无向边的类型；

在本发明的一个可选实施例中，本实施例根据所有三角形构件的三条边构建无向边集合E，确定三维模型构件的无向边的类型，包括无向边为边界边和无向边为内部边。

本实施例的步骤S3包括以下步骤：

S31、依次遍历无向边集合中的每条无向边；

本实施例针对三维场景数据中的所有三角形构件，依次选取一个三角形构件，并获取所选取三角形构件的无向边集合；然后从无向边集合中依次选取一条无向边，从而实现对三维场景数据中所有三角形构件的无向边进行遍历。

S32、根据当前无向边的两个端点所关联的所有三角形中存在的端点数量确定通过当前无向边连接的三角形；

本实施例根据所选择的无向边{vi,vj}，其中0<=i,j<=2，判断当前无向边的两个端点所关联的所有三角形中是否同时存在两个端点；

若是，则该三角形为通过当前无向边连接的三角形；

否则遍历下一个三角形。

S33、根据通过当前无向边连接的三角形的数量确定无向边的类型。

本实施例根据确定的通过当前无向边连接的三角形，判断通过当前无向边连接的三角形的数量是否为1个；

若是，则当前无向边为边界边；

否则当前无向边为内部边。

本实施例通过上述判断流程，可以从三维模型构件的无向边集合从筛选出边界边，无向边集合中的剩余无向边即为内部边。

S4、根据确定的无向边的类型计算缩减无向边过程的几何变形值；

在本发明的一个可选实施例中，本实施例根据确定的三维模型构件的边界边和内部边，分别计算每条无向边缩减成一个点后产生的几何变形值。

本实施例的步骤S4具体包括以下步骤：

S41、对无向边类型为边界边，计算对缩减无向边过程添加缩减阻抗项的几何变形值；

本实施例在判断出某条无向边{v_i,v_j}是边界边后，可以在这条无向边的缩减过程中加入一个阻止其产生缩减这条边的非负项，这个非负项选择与该边界边连接的唯一三角形所在平面的垂直平面产生的非负二次项，从而得到计算对缩减无向边过程添加缩减阻抗项的几何变形值的方法包括：

=/>，

其中，V表示三维空间的顶点坐标，通常用其次坐标表示，即列向量；表示顶点误差，T表示矩阵转置，/>表示通过当前无向边连接的三角形所在平面，即/>，其中m，n，p表示平面法向的方向，d表示原点到平面的有向距离，n表示平面数量；/>表示与当前无向边连接的唯一三角形所在平面的垂直平面。

S42、对无向边类型为内部边，计算缩减无向边过程的几何变形值。

本实施例对所有的内部边，计算缩减无向边过程的几何变形值的方法包括：

=/>，

其中，V表示三维空间的顶点坐标，表示顶点误差，T表示矩阵转置，表示通过当前无向边连接的三角形所在平面。

本实施例中的三维空间的顶点坐标V可以通过最小二乘可以求出，记为V _min ，此时顶点误差可以将V _min 带入计算式中的V即可计算得出。

本实施例针对三维场景数据的轻量化过程，在此过程中首先区分那些边是三维模型构件的边界边，那些边是三维模型构件的内部边，然后在计算缩减这些边的过程产生的几何变形的值，在这个值中，加入一个合适的“阻抗”，使得模型构件的边界边在缩减时会遇到比较大的阻力。因为，在具体缩减三维模型构件的边的过程中，会按照缩减这些边产生几何变形的大小进行一个从小到大的排序，那些最小的几何变形，即边的缩减“阻抗”小的，优先被缩减掉，这样让缩边产生的几何变形尽量出现在最后，或者说越是大的几何变形越是出现在三维模型构件的LOD模型的高级别金字塔中。

S5、根据无向边集合中各条无向边计算的几何变形值确定对无向边进行缩减的处理顺序。

在本发明的一个可选实施例中，本实施例的步骤S5具体包括以下步骤：

S51、将无向边集合中各条无向边计算的几何变形值进行排序，构建无向边优先队列；

本实施例针对步骤S2中无向边组成的集合E中的每条无向边通过步骤S4的计算方法能够计算出集合E中每条无向边缩减成一个点后产生的几何变形值，同时能够得到该条无向边缩减成一个点时的三维坐标V_min。根据每条无向边缩减成一个点时产生的几何变形值/>的大小，将集合E中的所有无向边根据其几何变形值/>的大小进行从小到达进行排序，得到一个由无向边组成的优先队列Q。

S52、按照无向边优先队列依次对无向边进行缩减，判断是否满足预设条件；

若是，则流程结束；

否则将当前无向边缩减为一个点所关联的所有三角形的边构建无向边集合，并返回步骤S3。

本实施例将在队列Q最前面的无向边进行缩减，该无向边就从队列Q中删除，同时，与该无向边通过边关联的三角形都会从三维场景中删除。每次排在队列Q最前的无向边缩减成一个点后，与该点关联的所有三角形的边都会重复S3的操作，此时S3的输入，即集合E中的无向边就是与该点关联的所有三角形中的无向边。经过S3的处理，优先队列Q中与该点关联的无向边的几何变形值会得到更新，队列Q的排序也会发生变化。

重复步骤S5操作，直到三维场景的三角形数量减少到预定的数量或者队列Q删空就停止计算。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种在轻量化过程中保持对象边界的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取三维场景数据中的三角形构件；

S2、对所有三角形构件提取对应的三条边，构建无向边集合；

S3、根据无向边集合中的每条无向边的关联信息确定无向边的类型；

S4、根据确定的无向边的类型计算缩减无向边过程的几何变形值；

S5、根据无向边集合中各条无向边计算的几何变形值确定对无向边进行缩减的处理顺序。

2.根据权利要求1所述的一种在轻量化过程中保持对象边界的方法，其特征在于，所述无向边的类型包括：

无向边为边界边和无向边为内部边。

3.根据权利要求2所述的一种在轻量化过程中保持对象边界的方法，其特征在于，所述根据无向边集合中的每条无向边的关联信息确定无向边的类型的方法包括：

S31、依次遍历无向边集合中的每条无向边；

S32、根据当前无向边的两个端点所关联的所有三角形中存在的端点数量确定通过当前无向边连接的三角形；

S33、根据通过当前无向边连接的三角形的数量确定无向边的类型。

4.根据权利要求3所述的一种在轻量化过程中保持对象边界的方法，其特征在于，所述根据当前无向边的两个端点所关联的所有三角形中存在的端点数量确定通过当前无向边连接的三角形的方法包括：

判断当前无向边的两个端点所关联的所有三角形中是否同时存在两个端点；

若是，则该三角形为通过当前无向边连接的三角形；

否则遍历下一个三角形。

5.根据权利要求3所述的一种在轻量化过程中保持对象边界的方法，其特征在于，所述根据通过当前无向边连接的三角形的数量确定无向边的类型的方法包括：

判断通过当前无向边连接的三角形的数量是否为1个；

若是，则当前无向边为边界边；

否则当前无向边为内部边。

6.根据权利要求1所述的一种在轻量化过程中保持对象边界的方法，其特征在于，所述根据确定的无向边的类型计算缩减无向边过程的几何变形值的方法包括：

S41、对无向边类型为边界边，计算对缩减无向边过程添加缩减阻抗项的几何变形值；

S42、对无向边类型为内部边，计算缩减无向边过程的几何变形值。

7.根据权利要求6所述的一种在轻量化过程中保持对象边界的方法，其特征在于，所述计算对缩减无向边过程添加缩减阻抗项的几何变形值的方法包括：

，

其中，表示顶点误差，V表示三维空间的顶点坐标，T表示矩阵转置，/>表示通过当前无向边连接的三角形所在平面，/>表示与当前无向边连接的唯一三角形所在平面的垂直平面。

8.根据权利要求6所述的一种在轻量化过程中保持对象边界的方法，其特征在于，所述计算缩减无向边过程的几何变形值的方法包括：

，

其中，表示顶点误差，V表示三维空间的顶点坐标，T表示矩阵转置，/>表示通过当前无向边连接的三角形所在平面。

9.根据权利要求1所述的一种在轻量化过程中保持对象边界的方法，其特征在于，所述根据无向边集合中各条无向边计算的几何变形值确定对无向边进行缩减的处理顺序的方法包括：

S51、将无向边集合中各条无向边计算的几何变形值进行排序，构建无向边优先队列；

S52、按照无向边优先队列依次对无向边进行缩减，判断是否满足预设条件；

若是，则流程结束；

否则将当前无向边缩减为一个点所关联的所有三角形的边构建无向边集合，并返回步骤S3。

10.根据权利要求9所述的一种在轻量化过程中保持对象边界的方法，其特征在于，所述判断是否满足预设条件的方法包括：

判断三维场景数据中的三角形构件的数量是否减少到设定阈值；或无向边优先队列是否为空；

若是，则流程结束；否则执行步骤S6。