一种三维图形数据的压缩处理方法技术

本发明专利技术公开了一种三维图形数据的压缩处理方法，采用规整化的四边形面片代替三角形面片，通过重网格化、细分小波构造、零树压缩、熵编码步骤对图形数据进行压缩处理，提供了一种基于四边形面片的几何图形压缩方法。本发明专利技术能够更好地适应和满足三维显示数据采集技术的快速发展以及应用的需求。对于复杂模型可获得更好的压缩效果，可被渐进传输、压缩效果失真率较小并且可控制与调节，能够更好地利用目前已有的存储和传输能力，减少目前硬件和网络设施对三维显示技术所造成的制约和影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数据压縮处理
，尤其涉及一种三维图形数据的压縮处 理方法。
技术介绍
计算机图形学和硬件技术的发展，为人们带来视觉上的革命。随着技术的发展， 传统二维的表现方式已经不能够满足人们的需求，人们对计算机的交互能力和表现 能力提出了更高的要求，采用三维信息技术来表现各种的场景己经是大势所趋。与 文字、图像、视频等二维媒体表现形式相比，三维图形显示具有真实感更强、直观 性更好和交互更为灵活的特点，特别是在强调直观性和交互能力的场合，如工程设 计、机械制造、模拟仿真、城市规划、文物修复以及游戏娱乐等方面，三维显示技 术起到了不可替代的作用，因此己经在各个领域中得到广泛的应用。应用的需求带 动了采集技术的发展，相应的模型越来越复杂，也越来越精细，但也导致了模型数 据的急剧增长。例如斯坦福大学的Digital Michelangelo Project项目，最大的雕塑模 型数据量竟超过了 32G，而普通的模型数据量也十分可观。但是，目前计算机的存储和网络传输能力却相对有限，特别是网络传输带宽， 远远不能满足模型数据的实时传输。三维显示技术的发展和推广受到了传输带宽和 存储空间的限制，因为三维模型所能容纳的信息量已远远超出了二维形式所能容纳 的，对这些模型的存储和传输需要大量的空间和带宽，这一点超出了目前硬件和网 络的发展水平。为此，也对三维显示数据压縮处理技术提出了更高的要求。而在数 据压缩技术方面，目前通常采用的是利用三角形面片网格进行压縮处理的方法，其 压縮性能和传输性能也不能很好地适应和满足当前采集技术的快速发展以及应用的 需求。尤其是对于复杂的模型，需要有更好的压缩处理手段。为了解决上述矛盾，满足应用的需求，如何解决三维模型数据的压縮问题以尽 可能地利用目前已有的存储和传输能力并适应和促进三维技术的发展，是摆在我们 面前急待解决的一个课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种以细分模型为基础，基 于小波变换、利用四边形面片对三维图形数据进行压縮处理的方法，旨在提高三维图形数据的压縮率，尽量减少三维模型所容纳的信息量，以节省存储空间和传输带 宽，同时又不会降低三维图形的失真率，以确保图形的真实感和直观性。 本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现本专利技术提供的一种三维图形数据的压縮处理方法，包括以下步骤a) 获取模型外观的初始扫描网格；b) 通过重网格化模块，对所述初始扫描网格进行规整处理而获得规整的四边形 面片网格，该四边形面片网格具有细分连续性并支持拓扑信息简化操作；C)通过细分小波构造模块，对所述新网格信息数据进行分裂、预测、更新和合 并处理，以实现网格信息数据的分解和重构过程，从而获得小波变换后的图像；d) 通过零树压縮模块，以与小波系数相关的上下两层、四叉树形式来构建小波 零树；对于四边形面片，采用面、边、点的对应关系，且上、下两层四边形面片网 格的面、边可建立l-4对应关系，下层的顶点与上一层的边之间可以建立l一l对应 关系，故通过传递作用在上下层顶点间建立l一4对应关系；e) 通过EZW方法对获得的小波零树进行量化与压缩，从而获得小波图像零树 压縮编码；f) 通过熵编码模块，对所述零树压縮编码进行进一步的数据压缩，从而获得三 维图形压縮数据；本专利技术以细分模型为基础，经过重网格化以规整化的四边形面片代替三角形面 片，通过细分小波构造、小波零树压縮、熵编码步骤进行几何图形压縮，可有效提 高图形的压縮性能和数据的传输性能。在几何模型中建立零树是使小波系数能够利用零数编码进行数据压縮的前提。 为使建立的零树尽可能地平衡，即相邻节点的叶结点数量差值较少，本专利技术可进一 步采取以下方式构建零树本专利技术所述上层四边形面片网格的边，对应下层网格中间的二条边、以及两侧 与所述中间的边平行且相错的二条边；所述上层四边形面片网格的顶点，对应下层 网格所取边的中点、与所取边的整体呈90度的边的中点、以及各面片的中间点。此 种情况，在面片的中间，边和点均形成的是1-4的对应关系；在面片的边界处当出 现空对应时，边和边上的点则形成的是1-3的对应关系，而面片中间的点仍然为1-4 的对应关系。为方便选择和操作，本专利技术在零树构建方面也可另外采取以下方式本专利技术所述上层四边形面片网格的边，对应下层网格中间的二条边、以及同侧 与所述中间的边平行的二条边；所述上层四边形面片网格的顶点，对应下层网格所 取边的中点、与所取边的整体呈90度的边的中点、以及各面片的中间点。此种情况， 在面片的中间，边和点均形成的是1-4的对应关系；在面片的边界处当出现空对应 时，边和点则形成的是l-2的对应关系。本专利技术是利用规整化的四边形面片代替三角形面片进行压縮处理的，在所述步 骤b)的重网格化过程中，具体地可以采用Hormann提出的QR(quadrilateral remesh) 方法将任意网格的三角形网格规整为规则四边形面片网格。而在所述步骤c)的细分小波构造中，其分解过程为分裂-预测-更新，具体如下分裂一将原始的信息c"分解为两个互不相交的信息子集c"—1和W1 ，其中c"—1为 新的信息集，""则是小波集;所有的顶点分为两个集合: 一个为偶数集合Even(n-l)， 该集合记录的是当前层的所有控制顶点，对应c"—、另一个为奇数集合Odd(n-l)， 该集合记录的是由上一层控制网格细分所得的生成点，对应cT1;预测一以细分模型为基础利用Kobbelt模型的几何变换规则作为预测算子P， 通过以下方式,—'-^尸(c"-')对集合奇数Odd(n-l)进行变换，使得奇数集合转换为小 波系数集合M(n-l);更新一利用信息量平衡的法则，采用偶数点周围一圈的奇数点，也即经过预测 已转换形成的小波系数，来更新偶数点；其重构过程为更新-预测-合并，其中合并是与分裂对应且相逆的过程，将得到 的信息子集c"—1卩cT"合并起来，还原重构出原始的信息集c"。本专利技术具有以下有益效果(1) 釆用了规整化的四边形面片代替三角形面片，提供了基于四边形面片的几 何图形压缩方法，能够更好地适应和满足三维显示数据采集技术的快速发展以及应 用的需求。(2) 零树的构建上更加合理，平衡性更好，能够尽可能地减少压縮效果的失真 率，有利于确保图形的真实感和直观性。(3) 具有更好的光滑性，对于复杂模型可获得更好的压縮效果，(4) 本专利技术三维显示数据的压缩效率高、可被渐进传输、压缩效果失真率较小 并且可控制与调节，能够更好地利用目前已有的存储和传输能力，减少目前硬件和网络设施对三维显示技术所造成的制约和影响。 附图说明下面将结合实施例和附图对本专利技术作进一步的详细描述-图1是本专利技术实施例一的工作流程框图；图2是本专利技术实施例一中四边形面片网格细分一次所得到的结果示意图；图3是本专利技术实施例一中局部四边形面片的分裂过程示意图；图4是本专利技术实施例一中Kobbelt模式细分掩模图；图5是本专利技术实施例一中预测算子顶点标示图；图6是本专利技术实施例一中小波图像编码的基本流程框图；图7是本专利技术实施例一中构造小波零树方法的面的对应关系示意图；图8是本专利技术实施例一中构造小波零树方法的边的对应关系示意图；图9是本专利技术实施例一中构造小波零树方法的点的对应关系示意图；图10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维图形数据的压缩处理方法，包括以下步骤：ａ）获取模型外观的初始扫描网格；ｂ）通过重网格化模块，对所述初始扫描网格进行规整处理，使获得的新网格具有细分连续性并支持拓扑信息简化操作；ｃ）通过细分小波构造模块，对所述新网格信息数据进行分裂、预测、更新和合并处理，以实现网格信息数据的分解和重构过程，从而获得小波变换后的图像；ｄ）通过零树压缩模块，以与小波系数相关的上下两层、四叉树形式来构建小波零树；ｅ）通过ＥＺＷ方法对获得的小波零树进行量化与压缩，从而获得小波图像零树压缩编码；ｆ）通过熵编码模块，对所述零树压缩编码进行进一步的数据压缩，从而获得三维图形压缩数据；其特征在于：所述步骤ｂ）中获得的新网格为规整的四边形面片网格；所述步骤ｄ）的零树构建过程中，对于四边形面片，采用面、边、点的对应关系，且上、下两层四边形面片网格的面、边可建立１－４对应关系，下层的顶点与上一层的边之间可以建立１－１对应关系，故通过传递作用在上下层顶点间建立１－４对应关系。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈任，罗笑南，
申请(专利权)人：广东中大讯通软件科技有限公司，中山大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]