一种基于运动特征的三维动态网格简化方法及其系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种基于运动特征的三维动态网格简化方法及其系统，其中，该方法包括：获取简化处理所需的相关输入参数；进行三维模型中顶点的动态连通性的计算，得到三维动态模型上的运动特征；进行动态模型中各条边的折叠代价的计算，建立边折叠操作表；根据边折叠操作表选取折叠代价最小的一条边进行折叠操作，重复进行折叠操作，直到达到简化要求。实施本发明专利技术实施例，由于考虑了原始模型的运动特征，不仅可以有效地简化三维动态模型，同时也降低了在简化过程中的计算复杂度，有助于提高三维动态网格数据的传输效率，节省数据存储空间，对于三维模型的存储、传输、处理和形状分析等应用，特别是实时绘制具有极为重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于运动特征的三维动态网格简化方法及其系统
本专利技术涉及计算机图形学
，尤其涉及一种基于运动特征的三维动态网格简化方法及其系统。
技术介绍
网格简化是指采用适当的方法减少网格的顶点数和三角面片数，并使得简化后的网格外观上尽量保持与原始网格一致。网格简化对于三维模型的存储、传输、处理和形状分析，特别是实时绘制具有极为重要的意义。静态模型的网格简化算法研究已经有了广泛的应用。近年来，3D手游、3D动漫日益火爆，这些应用均需要传输大量3D动态网格模型，受限于传输宽带与存储空间的性能，特别是对于存在大量动态模型的场景，经常会出现延迟甚至丢包等问题，大大影响了画面的实时效果。然而，三维动态网格简化技术仍然存在一些缺陷，还不能很好地满足三维实时场景的应用要求。即使是采用动态适应策略来获得任意细节水平的简化效果，也因需要大量的动态更新而引起意外的突跳感。为克服这些问题，研究者们采取给二次误差赋以权重的方法进行动态简化，然而在既保持几何特征，又保持动画的运动特征方面还没有获得很好的平衡效果。因此，提出一种既能保持模型的几何特征，又能保持动画运动特征的三维动态网格简化方法，不仅可以仿照层次细节技术，建立三维动态网格的层次细节模型，还可以对三维动态网格进行压缩传输，提高网格数据的传输效率以及宽带资源的利用率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于运动特征的三维动态网格简化方法及其系统，不仅可以有效地简化三维动态模型，同时也降低了在简化过程中的计算复杂度，有助于提高三维动态网格数据的传输效率，节省数据存储空间，对于三维模型的存储、传输、处理和形状分析等应用，特别是实时绘制具有极为重要的意义。为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于运动特征的三维动态网格简化方法，所述方法包括：获取简化处理所需的相关输入参数；进行三维模型中顶点的动态连通性的计算，得到三维动态模型上的运动特征；进行动态模型中各条边的折叠代价的计算，建立边折叠操作表；根据边折叠操作表选取折叠代价最小的一条边进行折叠操作，重复进行折叠操作，直到达到简化要求。优选地，所述获取简化处理所需的相关输入参数的步骤，包括：获取所载入的三维动态模型上的所有边及其顶点数据；获取三维动态模型中的三角形数据信息，根据所述三角形数据计算所有三角形的法向量；获取所有顶点及其所关联的三角形，根据所述顶点及其所关联的三角形信息计算所有边的二次误差矩阵；获取二面角阈值参数以及边数简化参数。优选地，所述进行计算三维模型中顶点的动态连通性，得到三维动态模型上的运动特征的步骤，包括：根据二面角阈值参数计算三维模型中边以及边所对应的两个顶点的动态连通性；根据顶点的动态连通性，遍历整个三维模型，得到动态连通子图，得到模型中的所有运动特征。优选地，所述进行计算动态模型中各条边的折叠代价，建立边折叠操作表的步骤，包括：根据获得的运动特征，对模型上的顶点分配权值并计算边的权值；根据二次误差度量模型，计算各条边进行折叠后新顶点的位置和边的折叠代价；建立边折叠操作表，表中数据为各条边在每一帧中的折叠代价之和乘以对应的边的权值。优选地，所述根据边折叠操作表选取折叠代价最小的一条边进行折叠操作，重复进行折叠操作，直到达到简化要求的步骤，包括：选择折叠边，即边折叠操作表中值最小的数据所对应的边；对折叠边的两个顶点进行折叠操作；所有所有帧中折叠边所关联的两个三角形的顶点和边；进行边的更新操作，对更新的边计算折叠代价并更新边折叠操作表；当满足简化要求时,输出简化后的动态三维模型。相应地，本专利技术还提供一种基于运动特征的三维动态网格简化系统，所述系统包括：参数获取模块，用于获取三维动态网格简化所需的相关输入参数；折叠代价计算模块，用于根据二面角阈值参数，得到三维动态模型上的运动特征；并进行动态模型中各条边的折叠代价的计算，得到边折叠操作表；模型简化模块，用于根据所述的边折叠操作表，选取进行折叠的边进行折叠简化操作。优选地，所述参数获取模块包括：获取单元，用于获取三维动态模型，包括顶点信息，边的信息和每条边所关联的三角形，获取二面角阈值参数以及边数简化参数；第一计算单元，用于根据模型上所有三角形信息计算三角形的法向量和边的二次误差。优选地，所述折叠代价计算模块包括：第二计算单元，用于根据二面角阈值参数计算三维模型中顶点的动态连通性，找出模型中的所有动态连通子图即运动特征；第三计算单元，用于根据获得的运动特性，对模型上的顶点分配权值并计算边的权值；建立单元，用于根据边的折叠代价建立边的折叠操作表，表中数据为各条边在每一帧中的折叠代价之和乘以对应的边的权值。优选地，所述模型简化模块包括：查找单元，用于根据边折叠操作表中的值，获得最小的数据所对应的边作为折叠边；标识单元，用于根标识折叠边在所有帧中所关联的两个三角形的顶点和边；简化单元，用于进行折叠边的折叠操作，主要是进行折叠边的顶点折叠，以及对于每个关联三角形进行边的简化操作；更新单元，用于进行边的折叠操作后，三维动态模型的边的更新，边折叠操作表的更新。优选地，所述更新单元还用于根据简化单元进行简化操作后，删除边折叠表中进行折叠处理的边的信息，同时对关联三角形的边重新进行收缩操作，计算收缩后的边的折叠代价，并加入到边折叠操作表中。实施本专利技术实施例，由于考虑了原始模型的运动特征，不仅可以有效地简化三维动态模型，同时也降低了在简化过程中的计算复杂度，有助于提高三维动态网格数据的传输效率，节省数据存储空间，对于三维模型的存储、传输、处理和形状分析等应用，特别是实时绘制具有极为重要的意义。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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它的附图。图1是本专利技术实施例的基于运动特征的三维动态网格简化方法及其系统的流程示意图；图2是本专利技术实施例中获取简化处理所需的相关输入参数的流程示意图；图3是本专利技术实施例中进行三维模型中顶点的动态连通性计算的流程示意图；图4是本专利技术实施例中进行动态模型中各条边的折叠代价计算，建立边折叠操作表的流程示意图；图5是本专利技术实施例中根据边折叠操作表选取基于运动特征的三维动态网格简化方法及其系统折叠代价最小的一条边进行折叠操作的流程示意图；图6是本专利技术实施例的基于运动特征的三维动态网格简化方法及其系统的结构组成示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1是本专利技术实施例的基于运动特征的三维动态网格简化方法及其系统的流程示意图，如图1所示，该方法包括：S1，获取简化处理所需的相关输入参数；S2，进行三维模型中顶点的动态连通性的计算，得到三维动态模型上的运动特征；S3，进行动态模型中各条边的折叠代价的计算，建立边折叠操作表；S4，根据边折叠操作表选取折叠代价最小的一条边进行折叠操作，重复进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于运动特征的三维动态网格简化方法，其特征在于，所述方法包括：获取简化处理所需的相关输入参数；进行三维模型中顶点的动态连通性的计算，得到三维动态模型上的运动特征；进行动态模型中各条边的折叠代价的计算，建立边折叠操作表；根据边折叠操作表选取折叠代价最小的一条边进行折叠操作，重复进行折叠操作，直到达到简化要求。

【技术特征摘要】
1.一种基于运动特征的三维动态网格简化方法，其特征在于，所述方法包括：获取简化处理所需的相关输入参数；进行三维模型中顶点的动态连通性的计算，得到三维动态模型上的运动特征；进行动态模型中各条边的折叠代价的计算，建立边折叠操作表；根据边折叠操作表选取折叠代价最小的一条边进行折叠操作，重复进行折叠操作，直到达到简化要求。2.如权利要求1所述的基于运动特征的三维动态网格简化方法，其特征在于，所述获取简化处理所需的相关输入参数的步骤，包括：获取所载入的三维动态模型上的所有边及其顶点数据；获取三维动态模型中的三角形数据信息，根据所述三角形数据计算所有三角形的法向量；获取所有顶点及其所关联的三角形，根据所述顶点及其所关联的三角形信息计算所有边的二次误差矩阵；获取二面角阈值参数以及边数简化参数。3.如权利要求1所述的基于运动特征的三维动态网格简化方法，其特征在于，所述进行三维模型中顶点的动态连通性的计算，得到三维动态模型上的运动特征的步骤，包括：根据二面角阈值参数计算三维模型中边以及边所对应的两个顶点的动态连通性；根据顶点的动态连通性，遍历整个三维模型，得到动态连通子图，得到模型中的所有运动特征。4.如权利要求2或3所述的基于运动特征的三维动态网格简化方法，其特征在于，所述进行动态模型中各条边的折叠代价的计算，建立边折叠操作表的步骤，包括：根据获得的运动特征，对模型上的顶点分配权值并计算边的权值；根据二次误差度量模型，计算各条边进行折叠后新顶点的位置和边的折叠代价；建立边折叠操作表，表中数据为各条边在每一帧中的折叠代价之和乘以对应的边的权值。5.如权利要求3或4所述的基于运动特征的三维动态网格简化方法，其特征在于，所述根据边折叠操作表选取折叠代价最小的一条边进行折叠操作，重复进行折叠操作，直到达到简化要求的步骤，包括：选择折叠边，即边折叠操作表中值最小的数据所对应的边；对折叠边的两个顶点进行折叠操作；找出所有帧中折叠边所关联的两个三角形的顶点和边；进行边的更新操作，对更新的边计算折叠代价并更新边折叠操作表；当满足简化要求时,输出简化后的动态三维...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨红杰，周凡，王若梅，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44