一种基于Ｏｃｔｒｅｅ的三维模型压缩编码方法技术

本发明专利技术是一种基于Ｏｃｔｒｅｅ的三维模型压缩编／解码方法。当前庞大的三维数据对现有图形引擎的处理能力和处理速度提出了巨大的挑战，而Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的迅猛发展也使得三维数据的应用越来越广泛。本发明专利技术对三维网格模型的顶点信息重新进行Ｏｃｔｒｅｅ空间划分，统计分析其中各种不同类型的节点，找出占总节点数目比例最多的一类或几类节点，单独对其使用较少的比特位编码。根据几何信息的传输顺序，重新排列拓扑信息和属性信息并编码。设置单独的递进文件用来控制几何信息传输、显示以及解码时拓扑、属性信息的同步映射。本压缩编／解码方法空间划分效率高，收敛速度快，客户端响应等待时间短并能控制对模型解码的精细程度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机图形学
，具体地说，是，应用于各种三维模型的网络发布。
技术介绍
当前各种高级造型工具的不断涌现和三维外形扫描数据技术的日益成熟使得人们对几何数据的精度和细节都提出了更高的要求，这同时也导致了三维几何数据的规模和复杂程度急剧增长，庞大的几何数据量对现有的三维图形引擎的处理能力和速度提出了巨大的挑战。另一方面，Internet的迅猛发展也使得三维几何数据的应用越来越广泛。但是网络带宽的限制严重阻碍了这种媒体的传播。如果仅仅依靠增加硬件设备的投入是不足以解决这一问题的，需要人们研究针对三维几何数据的压缩编码技术。当前对拓扑的压缩已接近理论极限，而几何压缩正在成为研究的热点，并且几何信息在三维模型文件中占据的空间是最大的，相对拓扑压缩来说，几何压缩还有很大的研究空间。另外，大多数人的方法是以拓扑压缩算法为主导，几何顶点位置往往依附于模型的拓扑关系来编码，这在很大程度上制约了几何信息可压缩的空间。因此目前国际上的研究热点转为以几何信息的压缩为主导，并以几何压缩驱动拓扑信息的压缩，这样总体上能达到更高的压缩收益。在已有的几何驱动编码中，频域编码虽然有很高的编码效率，但是它们只适合于流形网格，计算开销很大，在压缩比比较大时失真严重，而且是一种有损压缩。由于本项研究需要到达无损压缩的效果，所以不考虑频域的方法。在空间域方法中，Kdtree和Octree等空间划分的方法逐渐成为压缩编码领域的研究热点，一方面这种树形结构能很好的重新组织几何数据，另一方面只要划分足够精细就能够做到无损压缩。所以这一类压缩方法能够满足人们的需求。最新的文献J.Peng，C.-C.J.Kuo，Geometry-guided progressivelossless 3D mesh coding with octree(OT)decomposition.ACM Transactionson Graphics，vol.24，no.3，pp.609-616，2005.表示Octree压缩方法比Kdtree压缩方法能达到更低的压缩比特率。目前为止有以下几篇文献使用到Octree(1)J.Peng，C.-C.J.Kuo，Geometry-guided progressive Iossless 3D meshcoding with octree(OT)decomposition.ACM Transactions on Graphics，vol.24，no.3，pp.609-616，2005.；(2)D.Saupe，J.-P.Kuska，Compression ofisosurfaces for structured volumes.In Proceedings of Vision，Modeling andVisualization，pp.333-340，2001；(3)M.Botsch，A.Wiratanaya，and L.Kobbelt.Efficient high quality rendering of point sampled geometry.InEGRW’02Proceedings of the 13th Eurographics workshop on Rendering，pp.53-64，2002.；(4)D.Laney，M.Bertram，M.Duchaineau，and N.Max.Multiresolution distance volumes for progressive surface compression.InProceedings of the First International Symposium on 3D Data Processing，Visualization，and Transmission，pp.470-479，2002.。文献2、3是针对isosurface的，这类模型不太常见；文献4的方法使用的是判断子树是否非空来编码，但是其缺点是编码没有优化，而且在点采样网格中没有必要使用拓扑编码；文献1的Peng的OT Compression方法目前来说是最好的，但是该方法在递进显示过程中缺乏优化操作，即他采用固定的顺序或者说无序的方式进行恢复操作，在网格恢复的过程中不能保证以较佳的效果呈现在用户面前。另外该方法只完成了几何、拓扑信息的编码，并没有对属性信息进行递进压缩编码。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题克服现有技术的不足，提供，该方法压缩比很高，并且适合网络递进传输，满足了当前大数据量的三维数据存储及网络传输的需求。本专利技术的技术解决方案基于Octree的三维网格模型编/解码方法，其特征在于包括以下步骤(1)对三维网格模型的顶点信息重新进行Octree空间划分，统计分析其中各种不同类型的节点，找出占总节点数目比例最多的一类或几类节点，单独对其使用较少的比特位进行几何信息编码；(2)根据几何信息的传输顺序，重新排列拓扑信息和属性信息并编码；(3)设置单独的递进文件用来控制几何信息传输、显示以及解码时拓扑、属性信息的同步映射。在所述步骤(1)中的几何信息编码方法为对得到的Octree中子节点中只有一个非空的节点单独使用3位记录，其他类型的节点使用8位来记录，依此原则对Octree进行广度优先策略遍历记录数据流，并对得到的数据流进行二次熵编码。在所述步骤(2)中在对拓扑和属性信息编码之前按照Octree中叶节点从左到右的顺序，对其中的顶点索引重新排列得到新的顶点序列，并且根据新顶点序列更新原始拓扑、属性信息中顶点索引值。在所述步骤(3)中采用的递进文件生成方法为只编码Octree中每个非空节点所包含顶点的个数。在所述步骤(3)中所采取的递进显示策略为在客户端模型更新显示的次数等于Octree的深度，即只在Octree每一层数据传输结束时更新显示。本专利技术与现有技术相比的有益效果(1)Octree子分过程能产生丰富的信息，而且空间划分效率较高，收敛速度快，客户端响应等待时间短并能控制对模型解码的精细程度，能更有效的进行几何和拓扑编码。(2)压缩程度可以进行有效控制，一般能达到无损压缩程度，如果设置较小的Octree深度值也能得到更大压缩比率的有损压缩。(3)设计了优化的递进显示策略，使得客户端图形界面不仅很快就能得到图形显示，并且所展示的图形恢复过程比较合乎人眼的视觉习惯。附图说明图1为本专利技术基于Octree的三维网格模型编/解码方法中几何数据编解/码流程图；图2为本专利技术的Octree构造过程(为作图方便，使用四叉树代替Octree，每一次划分得到的四个子空间中左上角序号为1，右上角序号为2，左下角序号为3，右下角序号为4)；图3为本专利技术的几何文件的编码格式；图4为本专利技术的递进文件的编码格式；图5为本专利技术的无纹理的Bunny模型在客户端的递进显示过程；图6为本专利技术的有纹理的兵马俑模型在客户端的递进显示过程。具体实施例方式本专利技术采用如下步骤(1)几何信息压缩编码如图1所示，本专利技术的基于Octree的三维网格模型压缩编/解码中的几何信息压缩编/解码的流程图。首先对输入的三维网格模型中的顶点集合进行Octree分解，得到含有顶点的Octree数据结构，然后对该Octree进行编码得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Ｏｃｔｒｅｅ的三维模型压缩编／解码方法，其特征在于包括以下步骤：（１）对三维网格模型的顶点信息重新进行Ｏｃｔｒｅｅ空间划分，统计分析其中各种不同类型的节点，找出占总节点数目比例最多的一类或几类节点，单独对其使用较少的比特位进行几何信息编码；（２）根据几何信息的传输顺序，重新排列拓扑信息和属性信息并编码；（３）设置单独的递进文件用来控制几何信息传输、显示以及解码时拓扑、属性信息的同步映射。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵沁平，齐越，沈旭昆，蔡苏，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]