一種帶紋理約束的三維模型頂點聚類簡化方法

2023-10-04 13:51:24 1

專利名稱：一種帶紋理約束的三維模型頂點聚類簡化方法
技術領域：
本發明涉及三維地理信息可視化技術領域，特別是涉及一種針對紋理誤差條件下的複雜三維模型頂點聚類簡化方法。
背景技術：
紋理是三維模型的一個重要屬性信息，直接關係到三維模型在虛擬實境中表達的真實性。在模型簡化過程中，即使模型的幾何特徵保持的再好，如果無法保證紋理映射的正確性，其視覺效果將會大打折扣。儘管隨著虛擬實境技術的不斷發展，目前已有的三維模型簡化技術在模型幾何簡化方面已經十分成熟，但對於簡化過程中保持模型紋理特徵的研究並不多。對於紋理誤差度量，有關文獻提出的一種常用的方法是將(X，Y, Z)三維空間的度量算法擴展佔到(X，Y, Z, R, G, B)的 6 維空間中，Garland, Μ. Multi-Resolution Modeling: Survey & future opportunities[C]. Proceedings of the Eurographics'99. 1999;沈旭昆，趙學偉，趙沁平.一種保留特徵的網格簡化和壓縮遞進傳輸方法[J].計算機研究與發展，2007，Vol. 44(7): 1097-1104 ；馮翔，周明全.帶紋理的三維模型簡化算法[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2009，Vol.21(6): 842-846。其基本原理如下 根據頂點的紋理坐標(u，ν)在紋理圖像上找到對應於該頂點的顏色信息(r，g, b)。在模型簡化過程中，根據簡化模型M1和原始模型M2的頂點對應關係，定義其紋理誤差為其頂點顏色空間的距離誤差，如下公式所示，其中(巧，gl, h)，(r2, g2, b2)分別為頂點vl、v2 的顏色值
權利要求
1.一種帶紋理約束的三維模型頂點聚類簡化方法，其特徵在於，包括下列步驟 步驟1，計算三維模型中每個頂點的權值；步驟2，按照預設的幾何單元格大小和紋理單元格大小，將三維模型按照(X，Y, Z, U, V)五個維度進行劃分，即先按照幾何單元格劃分得到若干葉子節點，在此基礎上按照紋理單元格將上述若干葉子節點進一步劃分得到更多的葉子節點，其中(X，Y, Z)表示幾何空間坐標，(U, V)表示紋理空間坐標；步驟3，檢查每個葉子節點內頂點個數， 如果頂點個數為空或為1，則不作任何操作；如果頂點個數大於預設的個數閾值，則對葉子節點進行節點分裂操作； 如果頂點個數大於1且小於或等於預設的個數閾值，根據步驟1所得頂點的權值，從葉子節點內選擇權值最大的頂點作為聚類代表點，計算聚類後產生的幾何誤差Ss和紋理誤差石^s,當幾何誤差&大於預設的幾何誤差閾值或紋理誤差Ets大於預設的紋理誤差閾值C1e時進行分裂操作；步驟4，對分裂操作產生出的葉子節點返回執行步驟3，直到所有葉子節點內的頂點個數為空或為1，或者幾何誤差&和紋理誤差都在閾值範圍內；步驟5，對於所有幾何誤差和紋理誤差^fs都在閾值範圍內的葉子節點，將葉子節點內的頂點用聚類代表點替換，並更新索引數據，然後將退化的三角形從三維模型的三角形列表中移除。
2.如權利要求1所述帶紋理約束的三維模型頂點聚類簡化方法，其特徵在於頂點的權值計算方式如下，設頂點權值範圍『^ (0，乃，權值越大則代表該頂點越重要，對於三維模型中不位於邊界處的任一頂點認有相關的三角形集合A= [Ut1,…ij，假設三角形集合&中三角形^與^相鄰，定乂吒如下其中巧.，《；分別為三角形。G的法向量，W為向量點乘運算， 值範圍為(0，1)， 值越大，表示三角形、與、的夾角越小，頂點Q的權值r表示為/. j G (0.1 )對於位於邊界處的頂點，其權值直接賦予最大值1。
3.如權利要求2所述帶紋理約束的三維模型頂點聚類簡化方法，其特徵在於步驟1 中，判斷頂點是否位於邊界處的具體實現方式如下，設頂點Q有相關的邊集合As和三角形集合Ts,如果邊集合As中存在有邊/滿足三角形集合Ts中只有唯一三角形t包含該邊，那麼這一頂點Q即是邊界點；如果邊集合As中所有邊都不滿足這一條件，那麼該頂點不是邊界點。
4.如權利要求1或2或3所述帶紋理約束的三維模型頂點聚類簡化方法，其特徵在於步驟3中，計算幾何誤差採用曲率誤差度量方法，具體實現方式如下，設位於一個葉子節點內的頂點集合Qs = \QW, Q0, Q1...幻，其中頂點仏為聚類代表點，頂點集合込內中其他任意一個頂點仏有相關三角形集合7 = [Ut1，…ij，將三角形集合 / 中所有三角形的頂點込用頂點仏替換後得到三角形集合7 " = {t0，，t/，… /}；設三角形集合7 中三角形tj的法向量為~，三角形集合7 "中三角形t/的法向量為/ /， 該頂點Qi的幾何誤差為
5.如權利要求1或2或3所述帶紋理約束的三維模型頂點聚類簡化方法，其特徵在於 步驟3中，計算紋理誤差的具體實現方式如下，設位於一個葉子節點內的頂點集合Qs = \QW, Q0, Q1...幻，其中頂點仏為聚類代表點，頂點仏的紋理坐標為( O，頂點集合込內中其他任意一個頂點Qi的紋理坐標為、up Vj)， 將頂點Qi用頂點仏替換後的紋理誤差為
全文摘要
本發明提供一種帶紋理約束的三維模型頂點聚類簡化方法，在頂點自適應劃分過程中，考慮到算法效率，將頂點從幾何空間擴展到包含紋理坐標的5維空間；在頂點自適應劃分過程中，按照頂點在幾何空間和紋理空間的位置對其進行劃分；進行誤差度量時，分別計算其幾何誤差和紋理誤差，如果誤差值大於給定的閾值，則需要對當前節點進行分裂操作；在頂點自適應劃分過程中，不進行迭代計算出新頂點的幾何位置，而是考慮到節約存儲資源和提高算法效率，用原始模型中較為重要頂點作為聚類代表點。本發明通過將紋理誤差度量和幾何簡化有機統一起來，實現了海量複雜三維模型的快速簡化，支持城市虛擬場景高效三維可視化。
文檔編號G06T15/04GK102509339SQ20111030428
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月10日 優先權日2011年10月10日
發明者李華瑋, 李墨, 陳靜 申請人:武漢大學