CN1909675A - 一种应用于移动设备的三维图形传送系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种应用于移动设备的三维图形传送系统，该系统由嵌入于移动终端的图形发送模块、设备配置信息发送模块和图形接收与显示模块还有应用于服务器端的图形接收模块、图形LOOP细分模块、图形逆细分模块、加密与解密模块、设备配置信息分析模块、图形发送模块组成。它采用逆LOOP细分方法来简化三维图形，实现了三维图形在移动终端的多分辨率传送，即在三维图形在通过无线网络在各种移动终端传送时，通过LOOP细分与逆细分运算把三维图形分成不同的层次，根据移动终端的实际处理能力为移动终端传送合适分辨率的三维图形。

Description

一种应用于移动设备的三维图形传送系统

                       技术领域

本发明属于移动通信系统技术及应用，具体涉及一种利用三维图形LOOP细分与逆细分方法实现三维图形在移动通信网络中的传送。

                       背景技术

随着三维模型数据采集工具的不断发展，我们所能采集的模型数据也日益精细，伴随而来的就是模型数据量和复杂程度的急剧增加。这就给三维图形在移动设备终端的应用带来了两个问题。第一，各种数字移动终端，如手机、PDA等，它们的数据运算能力和存储容量都是很有限的，在高精度的三维图形面前，处理能力比较弱的各种移动终端显得力不从心。第二，大量的三维图形数据在无线网络传输必然会占用许多的网络带宽，造成网络的堵塞。从而，如何有效地提高三维图形在网络中传输的效率，如何让各种各样的移动终端在它的力所能及的处理能力内处理和显示三维图形成为移动计算领域的一项重要难题。

为了解决上述的问题，目前主要针对几何模型的存储方式进行了深入研究，尝试通过有效地处理存储瓶颈，来改善实时传送的效率和效果。在众多解决方案中，实际应用意义较大的主流方法有几何模型编码与压缩。

经过数十年的研究和发展，二维图像的编码与压缩已经逐渐走向成熟。小波分析工具在图像处理领域的应用，令图像压缩技术有了历史性的飞跃，从JPEG到JPEG2000，二维多媒体数据的表示方式正在不断完善。相比之下，尽管三维图形压缩近几年来取得了激动人心的进展，但其理论和应用框架还是显得非常年轻，无法满足工业界日益增长的需求。几何编码的目的在于解决存储方面和显示方面的性能要求。比较关键的技术问题是对三维图形与传统的二维数字图像不同。三维几何图形的数据一般采用描述几何模型的图元(顶点，边，面片)来定义，因此不能像图像压缩那样使用矩阵方式去处理。另一方面，除了坐标数据，三维几何模型还包含了拓扑信息来描述几何实体之间的关联，这又为几何编码的实现增添了难度。数字图像压缩可以提供有损方式，灵活地满足用户的需求，但是在几何压缩领域，被压缩的几何实体和拓扑信息的重要性可能不相等，同样的压缩策略在几何压缩中未必能带来理想的压缩比和压缩效果，而有损压缩如果处理不当，极可能导致整个三维模型的走样，因此这种方法难以应用于移动通信。

                      发明内容

本发明目的在于克服了现有技术的不足，提出了采用逆LOOP细分方法来简化三维图形，是一种几何模型简化方法。它实现了三维图形在移动终端的多分辨率传送，即在三维图形在通过无线网络在各种移动终端传送时，通过LOOP细分与逆细分运算把三维图形分成不同的层次，根据移动终端的实际处理能力为移动终端传送合适分辨率的三维图形，从而解决了上述若干问题。

为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案如下：本发明提出的一种应用于移动设备的三维图形传送系统由嵌入于移动终端的图形发送模块、设备配置信息发送模块和图形接收与显示模块还有应用于服务器端的图形接收模块、图形LOOP细分模块、图形逆细分模块、加密与解密模块、设备配置信息分析模块、图形发送模块组成。实现本发明的技术方案如下：

1、当一个移动终端要发送一幅三维图形到另一网络里的移动终端时。发送方的图形发送模块先把三维图形数据发送到同一网络里的服务器端。服务器的图形接收模块接收从发送端发送过来的三维图形数据。

2、服务器端的图形逆细分模块对接收到的三维图形数据进行逆细分运算，简化三维图形的三角网格，将简化后的三维图形发送给加密与解密模块。通过加密与解密模块加密后的数据由图形发送模块发送到目标移动终端所在网络的服务器。

3、接收端服务器在接收从发送端服务器所传送来的数据通过加密与解密模块进行解密后送往图形LOOP细分模块处理。与此同时，设备配置信息分析模块根据对目标移动终端(即接收端)发送配置信息请求。接收端的设备配置信息发送模块接收到消息后，把接收端的配置信息包括运算速度、内存容量等信息发送给服务器的设备配置信息分析模块。配置信息分析模块对其进行分析并把分析结果发送给图形LOOP细分模块。图形LOOP细分模块根据发送方服务器所传送过来的简化后的三维图形数据和配置信息分析模块传送过来的分析结果决定对原始数据作细分运算的次数，从而得到符合设备配置所能显示的最佳效果的分辨率。图形发送模块把经细分处理后的数据发送到目标移动终端的图形接收与显示模块。图形接收与显示模块完成图形的显示。

本发明的有益效果在于通过对发送方要发送的三维图形的三角网格进行了简化，这时三维图形的数据量大大地减少了，传送的速率大大提高。通过解密与加密模块进行加密后，由图形发送模块发送到目标终端所在的网络的服务器。根据发送方服务器所传送过来的简化后的三维图形数据根据设备的配置进行细分运算，从而得到符合设备配置所能显示的最佳效果的分辨率。改变了在低配置的终端显示高分辨率的图形时间上的巨大开销。

附图说明

图1为一种应用于移动设备的三维图形传送系统基本结构图；

图2为LOOP细分规则；

图3为LOOP细分效果图；

图4为LOOP逆细分效果图；

图5为一种应用于移动设备的三维图形传送系统功能模块图；

图6为一种应用于移动设备的三维图形传送系统数据流程图；

图7为一种应用于移动设备的三维图形传送系统的程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一部说明

本发明一种应用于移动设备的三维图形传送系统基本结构如图1所示。

本发明一种应用于移动设备的三维图形传送系统由嵌入于移动终端的图形发送模块、设备配置信息发送模块和图形接收与显示模块还有应用于服务器端的图形接收模块、图形LOOP细分模块、图形逆细分模块、加密与解密模块、设备配置信息分析模块、图形发送模块组成。如图2所示。

移动终端模块的功能与实现过程描述如下：

1、图形发送模块：图形发送模块通过无线连接上服务器把要发送的三维图形和目标地址发送到服务器。

2、设备配置信息发送模块：在接收到服务器发送过来的设备配置信息请求时，响应请求，把本终端的配置信息包括运算速度、内存内容等发送回服务器。

图形接收与显示模块：接收服务器发送过来的三维图形数据，并把图形显示到终端的显示屏上。

服务器端模块的功能与实现过程描述如下：

1、图形接收模块：接收发送方服务器发送过来的三维数据。并把数据发送到加密与解密模块。

2、加密与解密模块：对要发送的数据进行加密，同时也对接收到的三维图形数据进行解密。

3、图形发送模块：图形发送模块根据接收方地址把LOOP细分运算后的三维数据发送给接收方。

4、设备配置信息分析模块：向接收方发出配置信息请求，并接收回应的设备配置信息。进行分析，分析根据内建的一个等级表进行对比。有较快的处理速度和内存容量的设备对应较高的级别。把分析后的结果发送到图形LOOP细分模块。

图形LOOP细分模块：对三维图形的三角网格通过LOOP细分方法进行细化。根据设备配置信息分析模块所发送过来的分析结果即级别来决定进行细分运算的次数。通过控制细分次数来生成符合接收方设备处理能力的三维图形。

LOOP细分是一种面分裂逼近细分模式。Loop模式是基于三次有向盒式样条，所生成的曲面在正则曲面上是C²连续，在奇异点是C¹连续。LOOP模式采用1-4三角形分裂，只生成E-顶点和V-顶点。实现方法如下：

(1)对于E-顶点，设内部边的两个顶点为v₀，v₁，且共享此边的两个三角形面为(v₀，v₁，v₃)和(v₀，v₁，v₂)，则E-顶点为：

$v_E=\frac{3}{8}(v_0+v_1)+\frac{1}{8}(v_2+v_3)$

(2)对每个内部顶点V，设其相邻顶点为v₀，v₁，...，v_n-1，如图1(b)所示，则相应的V顶点定义为：

$V_v=(1-n{\mathrm{\β}}_n)v+{\mathrm{\β}}_n\underset{t=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{v}_t$

(3)为了增强边界曲线的光滑性，对边界要作特殊处理。如边界边(v₀，v₁)上的E顶点定义为： $v_E=\frac{1}{2}(v_0+v_1),$ 边界顶点v上的V顶点定义为： $v_v=\frac{1}{8}(v_0+v_1)+\frac{3}{4}v,$ 其中v₀，v₁为其相邻顶点，如图1(c)(d)所示。

(4)上面的是β_n一个非常重要的参数，它的选取不仅直接反映物体真实程度，甚至会生成一团怪异的物体。根据已有的一些理论值，通过实验发现，选择如下权值效果较好：

${\mathrm{\β}}_n=\frac{1}{n}[\frac{5}{8}-{[\frac{3}{8}+\frac{1}{4}\cos \frac{2\mathrm{\π}}{n}]}^2]$

进行一次LOOP细分运算后的结果如图3所示。

经过细分不同次数的细分运算可以得到不同复杂度的三维图形来适应不同处理能力的移动终端。

图形逆细分模块：通过LOOP逆细分对三维图形的三角网格进行简化。

根据LOOP细分原理得到：

(1)每次细分过程新增的顶点都是常规顶点，即所有奇异顶点都是偶顶点

(2)奇异顶点不随细分的次数改变，无论经过多少次细分，奇异顶点都是从最初的原始网格继承下来的

(3)奇顶点环中，有且仅有两个偶顶点

(4)奇顶点的环中的两个偶顶点所属的曲面中不包含邻接边

(5)偶顶点的环中，所有邻接顶点都是奇顶点

采用区域生长的方法，先找到一个奇异种子作为生长种子，然后按区域延伸遍历所有的顶点，从而找到所有的偶顶点，也就是简化后的顶点序列。LOOP逆细分对三维图形的简化效果如图4所示。

经过简化后的三维图形数据量大大减少，有利于远程网络传输。也为以后的通过LOOP细分生成不同层次的三维图形成为可能。

下面结合附图说明其中的一个实施例

一种应用于移动设备的三维图形传送系统数据流程图如图6所示，其程序流程图如图表7所示。

处于某网络里的PDA用户要向另一网络的手机用户发送一幅三维图形。PDA用户(发送方)选择好要发送的三维图形和所要发送的目标(接收方)后。PDA中的图形发送模块把三维图形通过无线网络发送到它所在网络的服务器，服务器接收到三维图形数据后对三维图形进行逆细分运算，对原三维图形的三角网格进行简化，这时三维图形的数据量大大地减少了。通过解密与加密模块进行加密后，由图形发送模块发送到目标终端所在的网络的服务器。接收方服务器接收到发送方服务器发送过来的数据后，通过解密与加密模块对其进行解密，然后发往图形LOOP细分模块。同时，设备配置信息分析模块对接收方设备(手机)发送一个配置信息请求。接收方的设备配置信息发送模块在接收到这个请求后，把自身的配置包括运算速度、内存容量、屏幕尺寸等信息发送回服务器的设备配置信息分析模块。设备配置信息分析模块对这个配置信息进行分析，得到手机所能显示的三维图形的等级为2，并所分析结果送往图形LOOP细分模块。图形LOOP细分模块此时得到了设备配置信息分析模块发送过来的分析结果和解密与加密模块发送过来的三维图形数据，根据分析结果中目标设备所能显示的等级，决定进行LOOP细分运算的次数。手机的等级为2则进行两次细分运算，得到细化了的三角网格。服务器的图形发送模块把细分后的三维图形数据收送给手机(接收方)，手机中的图形接收与显示模块完成对图形的显示。至此，PDA用户发送三维图形到手机用户的流程完成。

Claims (9)

1、一种应用于移动设备的三维图形传送系统，其特征在于包括设置于移动终端的图形发送模块、设备配置信息发送模块和图形接收与显示模块还有应用于服务器端的图形接收模块、图形LOOP细分模块、图形逆细分模块、设备配置信息分析模块、图形发送模块组成。

2、根据权利要求1所述的应用于移动设备的三维图形传送系统，其特征在于所述的服务器端还包括加密与解密模块。

3、根据权利要求1或2所述的应用于移动设备的三维图形传送系统，其特征在于移动终端与服务器模块间通过无线网络连接。

4、根据权利要求3所述的应用于移动设备的三维图形传送系统，其特征在于包括以下过程：

发送方发送三维图形时先发送到其服务器；

1)服务器端的图形逆细分模块对接收到的三维图形数据进行逆细分运算，简化三维图形的三角网格，将简化后的三维图形通过加密与解密模块加密后，由图形发送模块发送到接收方的服务器；

2)接收端服务器在接收到三维图形数据后，通过解密后送往图形LOOP细分模块处理、同时，设备配置信息分析模块根据对接收方设备发送配置信息请求；

3)接收端把配置信息发送给服务器，服务器的配置信息分析模块对其进行分析并把分析结果发送给图形LOOP细分模块；

4)图形LOOP细分模块根据发送方服务器所传送过来的简化后的三维图形数据和配置信息分析模块传送过来的分析结果决定对原始数据作细分运算的次数，图形发送模块把经细分处理后的数据发送到接收方设备。

5、根据权利要求4所述应用于移动设备的三维图形传送系统的图形LOOP细分模块，其特征在于：

1)对三维图形的三角网格按照LOOP细分方法进行运算，得到不同分辨率的三维图形数据；

2)根据设备配置信息分析模块所发送过来的分析结果即级别来决定进行细分运算的次数。

6、根据权利要求4所述应用于移动设备的三维图形传送系统的图形逆细分模块，其特征在于：通过LOOP逆细分方法对三维图形的三角网格进行简化。

7、根据权利要求4所述应用于移动设备的三维图形传送系统的设备配置信息分析模块，其特征在于：向接收方发送配置信息请求，并接收回应的设备配置信息、进行分析。

8、根据权利要求7所述的应用于移动设备的三维图形传送系统，其特征在于：通过无线连接，服务器端的设备配置信息分析模块对移动终端的设备配置信息发送模块发送配置请求，设备配置信息发送模块响应请求，回馈设备的配置信息。

9、根据权利要求8所述的应用于移动设备的三维图形传送系统，其特征在于：设备配置信息发送模块响应服务器端的配置请求时，回馈的配置信息包括移动终端设备的运算速度，内存容量，屏幕尺寸。

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