一种三维模型数据简化的方法技术

本发明专利技术公开了一种三维模型数据简化的方法，涉及模型构建技术领域，其特征在于该方法包括如下步骤：统一数据结构；纹理合并、坐标更新；对模型数据进行整合和重构模型数据步骤。本发明专利技术实施例中的方法可以实现异构数据的处理、纹理合并、减少了模型纹理中的数量，降低显卡内存，最大限度地提升了硬件资源的使用效率。减少了模型顶点数量，降低磁盘空间的使用。减少模型数据的结构层次，加快模型加载速度，提高了数据资源访问的效率。加快大数据三维场景数据的调度，使三维场景的渲染更加流畅。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三维模型构建
，特别涉及一种基于异构数据的处理、纹理合并、三维模型数据简化，减少模型数据的结构层次，加快模型加载速度，提高了数据资源访问的效率。加快海量三维场景数据的调度，使三维场景的渲染更加流畅的一种三维模型数据简化的方法。
技术介绍
在1992年时美国首先从生态环境和全球气候变化的角度提出了数字地球的概念。最初构想的数字地球是在现有基于图形用户界面（GUI）基础之上，结合最新的图形和图像技术，将虚拟现实及交互技术引入到虚拟环境构建中，建成更为自然、沉浸式的环境，在此系统中，用户能以自然的方式交互地存取自然、历史、文化等信息。随着数字地球概念，数字中国，数字流域以及数字城市的概念相继出现，海量数据概念应运而生。而虚拟现实技术就是利用海量三维数据创建出数字化的城市及相关三维模型。其中，虚拟现实技术是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，利用计算机生成一个逼真的三维虚拟环境，再加以传感设备与之相互作用。它是融合了计算机技术、传感与测绘技术、仿真技术、微电子技术等为一体的综合集成技术。虚拟现实是多种技术的综合，其关键技术和研究包括多个方面，三维几何模型简化是其关键技术之一，主要应用于环境建模和立体显示等方面。其中环境建模技术是获取实际三维环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维模型数据建立相应的虚拟环境模型。随着社会的需求三维几何模型应用越来越广泛。影视动画娱乐、3D网络游戏、虚拟现实等应用领域的高速发展，一个以三维几何模型为表现形式的新数字媒体时代已经来临。三维几何模型的广泛应用，首先直接得益于计算机视觉和激光技术的发展。激光扫描仪出现后，三维模型可以从实体模型上直接获得，由大量多边形面片或点云组成的三维模型，在图形现实、快速原型制造、有限元分析等方面有着显著的优势，常被用来计算机辅助设计CAD、计算机图形学三维动画、虚拟现实系统等应用工作中，作为对复杂曲面模型的逼近表示。从大规模的点云或多边形面片重建离散的三维模型，然后进行加工处理，已经成为目前三维建模的主流方式之一。寻找新的数据分析处理工具和处理方法成为三维几何模型处理的重要研究内容，例如：扫描点云的网格融合、曲面重建、网格简化、细分、连续拼接、纹理映射、形状特征提取等。在当前三维模型普及及应用飞速发展的形势下，如何重用、处理现有的复杂三维模型，如何在虚拟现实场景中，满足实时性和真实感得要求，成为重要的研究方向。三维模型的简化方法，就是其中最热门的研究课题之一。三维模型构建目前广泛应用于三维城市的构建与可视化方面。目的是根据真实的城市制作出三维模型，使用户能在计算机屏幕中观测到三维模型表示的城市并进行互动。但是由于城市中存在的任何一种元素都是数以万计的，而一种元素中的各个对象之间，例如某一建筑物与另一建筑物，也是千差万别的，而且传统的三维网格模型本身存储的数据格式，至少需要存储构成三维模型的顶点与面的信息，用整数或浮点数据记录这些信息所产生的数据量本身就不小；而城市中存在的任何一种元素都是数以万计的，而一种元素中各个对象之间，例如某一建筑物与另一建筑物也是千差万别的。所以城市三维建模所产生的数据量是非常庞大的，往往以GB为单位计算。这样庞大的数据量，即使在网络技术发达的今天，除非对三维模型精度或互动操作作出严格的限制，否则要通过网络传输实现流畅的实时展示几乎是不可能的。因此存在着网络传输困难，低效的缺陷。在多数情况下，要使用三维网格实现城市的三维可视化，减少数据量的产生，必须降低三维网格的复杂度，使用精度较低的纹理贴图，导致三维可视化视觉效果差强人意，存在视觉效果较差的缺点。另外，一些机构或企业开发出假三维（2.5D）的城市可视化系统。首先制作出精细的三维城市模型，然后以单一观察角度渲染出真实巨大的三维效果图，在用户交互时再根据用户的视觉位置传送位置对应的效果图。无法自由导航，改变观测角度等交互，存在互动的限制。这一限制，除了地图应用以外，其他实现的实际应用非常少，不能满足使用者的更多实际需求。目前，还没有一个比较完善的三维模型数据简化方法，可以同时将异构数据的处理、纹理合并、三维模型数据简化的问题进行解决，减少模型数据的结构层次，加快模型加载速度，提高了数据资源访问的效率。加快大数据三维场景数据的调度，使三维场景的渲染更加流畅，使硬件资源的使用更加有效，减少存储空间，简化模型，保证模型能够快速地展现。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的技术难题，高效流畅地展示海量三维数据并在诸多领域中进行具有实际意义的海量三维数据发布、分析、共享与应用。本专利技术实施例提供一种三维模型数据简化的方法，其中该方法包括如下步骤：统一数据结构：将异构的原始数据进行结构预处理形成统一结构的模型数据；纹理合并、坐标更新：将统一结构后的数据进行纹理合并、坐标更新；对模型数据进行整合：将纹理合并后的数据按照不同的材质信息所对应的纹理坐标、顶点坐标、法线坐标进行组合，简化数据层次关系；重构模型数据：根据模型几何图形之间的关系简化模型中的非特征点，重构模型数据。一种三维模型数据简化的方法，其中，所述统一数据结构为：将异构的原始数据进行结构预处理形成统一结构的模型数据；其中，统一数据结构的步骤具体可为：提取异构数据的几何图形信息并统一数据结构：把不同结构数据中的纹理坐标、顶点坐标、法线坐标、材质信息进行提取并转换为统一结构的模型数据信息；对数据结构进行分析并分类存储：对统一结构后的数据按照简化的数据结构进行分析，并将分析后的坐标和信息按照类别分别进行存储。一种三维模型数据简化的方法，其中，所述纹理合并、坐标更新为：将统一结构后的数据进行纹理合并、坐标更新；所述纹理合并、坐标更新的具体步骤为：数据处理：对统一结构后的数据进行遍历，按照数据类别针对不同信息情况分别进行处理；烘焙纹理的处理：针对包含自身纹理和烘焙纹理情况下：将烘焙纹理和自身纹理合并为全纹理；纹理坐标处理：针对只包含自身纹理的情况下：将自身纹理进行合并。一种三维模型数据简化的方法，其中，所述重构模型数据为：根据模型几何图形之间的关系简化模型中的非特征点，重构模型数据；所述重构模型数据具体步骤为：填充链表数据结构：统计纹理合并后模型数据中的顶点坐标、法向坐标、纹理坐标并填充至包含几何拓扑关系的链表数据结构中；构建几何图形：根据链表中的顶点坐标、材质信息构建几何图形；创建拓扑关系：将构建后的几何图形创建拓扑关系；重构几何图形：根据创建好的拓扑关系判断几何图形中的非特征点并将非特征点进行删除，将删除非特征点之后的几何图形进行重新构建；重构模型数据：提取简化顶点后的几何图形的顶点坐标、纹理坐标，重新创建模型数据。一种三维模型数据简化的方法，其中，所述烘焙纹理的处理为：针对包含自身纹理和烘焙纹理情况下：将烘焙纹理和自身纹理合并为全纹理；所述烘焙纹理的处理具体步骤为：自身纹理的压缩：将烘焙纹理中对应的自身纹理进行压缩；获得局部纹理区域：根据自身纹理坐标和烘焙纹理坐标按照几何规则计算获得局部纹理区域；全纹理的合并：根据局部纹理区域将烘焙纹理和压缩后的自身纹理进行合并为全纹理。一种三维模型数据简化的方法，其中，所述全纹理的合并为：根据局部纹理区域将烘焙纹理和压缩后的自身纹理进行合并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维模型数据简化的方法，其特征在于，包括如下步骤：统一数据结构：将异构的原始数据进行结构预处理形成统一结构的模型数据；纹理合并、坐标更新：将统一结构后的数据进行纹理合并、坐标更新；对模型数据进行整合：将纹理合并后的数据按照不同的材质信息所对应的纹理坐标、顶点坐标、法线坐标进行组合，简化数据层次关系；重构模型数据：根据模型几何图形之间的关系简化模型中的非特征点，重构模型数据。

【技术特征摘要】
1.一种三维模型数据简化的方法，其特征在于，包括如下步骤：统一数据结构：将异构的原始数据进行结构预处理形成统一结构的模型数据；纹理合并、坐标更新：将统一结构后的数据进行纹理合并、坐标更新；对模型数据进行整合：将纹理合并后的数据按照不同的材质信息所对应的纹理坐标、顶点坐标、法线坐标进行组合，简化数据层次关系；重构模型数据：根据模型几何图形之间的关系简化模型中的非特征点，重构模型数据。2.根据权利要求1所述的一种三维模型数据简化的方法，其特征在于，所述统一数据结构：将异构的原始数据进行结构预处理形成统一结构的模型数据；其中，统一数据结构的步骤具体可为：提取异构数据的几何图形信息并统一数据结构：把不同结构数据中的纹理坐标、顶点坐标、法线坐标、材质信息进行提取并转换为统一结构的模型数据信息；对数据结构进行分析并分类存储：对统一结构后的数据按照简化的数据结构进行分析，并将分析后的坐标和信息按照类别分别进行存储。3.根据权利要求1所述的一种三维模型数据简化的方法，其特征在于，所述纹理合并、坐标更新：将统一结构后的数据进行纹理合并、坐标更新；所述纹理合并、坐标更新的具体步骤为：数据处理：对统一结构后的数据进行遍历，按照数据类别针对不同信息情况分别进行处理；烘焙纹理的处理：针对包含自身纹理和烘焙纹理情况下：将烘焙纹理和自身纹理合并为全纹理；纹理坐标处理：针对只包含自身纹理的情况下：将自身纹理进行合并。4.根据权利要求1所述的一种三维模型数据简化的方法，其特征在于，所述重构模型数据：根据模型几何图形之间的关系简化模型中的非特征点，重构模型数据；所述重构模型数据具体步骤为：填充链表数据结构：统计纹理合并后模型数据中的顶点坐标、法向坐标、纹理坐标并填充至包含几何拓扑关系的链表数据结构中；构建几何图形：根据链表中的顶点坐标、材质信息构建几何图形；创建拓扑关系：将构建后的几何图形创建拓扑关系；重构几何图形：根据创建好的拓扑关系判断几何图形中的非特征点并将非特征点进行删除，将删除非特征点之后的几何图形进行重新构建；重构模型数据：提取简化顶点后的几何图形的顶点坐标、纹理坐标，重新创建模型数据。5.根据权利要求3所述的一种三维模型数据简化的方法，其特征在于：所述烘焙纹理的处理：针对包含自身纹理和烘焙纹理情况下：将烘焙纹理和自身纹理合并为全纹理；所述烘焙纹理的处理具体步骤为：自身纹理的压缩：将烘焙纹理中对应的自身纹理进行压缩；获得局部纹理区域：根据自身纹理坐标和烘焙纹理坐标按照几何规则计算获得局部纹理区域；全纹理的合并：根据局部纹理区域将烘焙纹理和压缩后的自身纹理进行合并为全纹理。6.根据权利要求5所述的一种三维模型数据简化的方法，其特征在于：所述全纹理的合并：根据局部纹理区域将烘焙纹理和压缩后的自身纹理进行合并为全纹理；所述全纹理的合并的具体步骤为：纹理图像像素格式的统一：将烘焙纹理和自身纹理的像素格式转换为统一通道的数据格式；确定烘焙纹理区域：根据模型中几何图形的基本图元信息及烘焙纹理坐标确定烘焙纹理区域；确定自身纹理区域：根据模型中几何...

【专利技术属性】
技术研发人员：高健，韩晓晖，蔡红，沈迎志，陈玉成，周培龙，沈美岑，
申请(专利权)人：星际空间天津科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12