基于莫顿码的三维几何模型面元空间划分及BVH树构建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于莫顿码的三维几何模型面元空间划分及BVH树构建方法，包括：获取待测目标模型文件内的点云数据以及面元编号数据，并将点云数据更新成三角面元描述，以获得目标模型的几何描述，同时将面元编号数据存储到对应的子节点中；遍历获得包围目标模型中每个三角面元的包围盒/球，并确定包围盒中心点坐标以及包围球球心、半径；对所有三角面元的中心点坐标进行整数化处理；计算整数化后各三角面元中心点坐标对应的莫顿码，并按照莫顿码大小进行排序，同时记录对应的面元编号数据，记为莫顿空间；基于莫顿空间构建BVH树节点，以形成BVH树。该方法利用一维莫顿码数字索引更利于编程实现，且精度较高，效率较快。效率较快。效率较快。

【技术实现步骤摘要】
基于莫顿码的三维几何模型面元空间划分及BVH树构建方法


[0001]本专利技术属于三维几何模型面元空间划分
，具体涉及一种基于莫顿码的三维几何模型面元空间划分及BVH树构建方法。

技术介绍

[0002]射线追踪技术(Ray Tracing，RT)作为一种确定性无线信道建模方法，可以基于特定的仿真场景进行电磁波传播预测，准确模拟电磁波的各种传播机制，如直射、反射、散射、绕射等。弹跳射线法是射线追踪技术的一种代表性算法，其中，模拟光线在目标模型表面的传播路径是弹跳射线算法尤其重要的部分，但确定该路径需要对每条射线与模型中每个面元进行相交判定，也即需要进行空间分区。
[0003]目前，现有的空间分区算法主要有网格分区法、K维树(K
‑
Dimensional tree，KD
‑
tree)、八叉树和层次包围盒(Bounding Volume Hierarchies，BVH)算法等。其中，BVH算法通过对目标三维模型的面元进行空间划分，利用空间对应关系构建BVH(Bounding Volume Hierarchies，层次包围盒)树，通过BVH树逐层递进关系快速确定相交面元，减少了判定时间。
[0004]然而，现有的BVH算法大都是基于三维维度进行划分的，不利于编程实现；此外，随着计算机领域的快速发展，三维视觉已成为了研究的热点，三维几何模型面元的空间划分也被广泛应用于医疗、游戏设计、自动驾驶等各个领域，因而对划分结果的精确度和效率也提出了更高的要求。
专利技术内容
[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于莫顿码的三维几何模型面元空间划分及BVH树构建装置。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]一种基于莫顿码的三维几何模型面元空间划分及BVH树构建方法，包括：
[0007]步骤1：获取待测目标模型文件内的点云数据以及面元编号数据，并将所述点云数据更新成三角面元描述，以获得目标模型的几何描述，同时将所述面元编号数据存储到对应的子节点中；
[0008]步骤2：基于所述目标模型的几何描述，遍历获得包围所述目标模型中每个三角面元的包围盒/球，并确定包围盒中心点坐标以及包围球球心、半径；
[0009]步骤3：基于所述包围盒/球对所有三角面元的中心点坐标进行整数化处理；
[0010]步骤4：计算整数化后各三角面元中心点坐标对应的莫顿码，并按照莫顿码大小进行排序，同时记录对应的面元编号数据，记为莫顿空间；
[0011]步骤5：基于所述莫顿空间构建BVH树节点，以形成BVH树。
[0012]本专利技术的有益效果：
[0013]本专利技术提供的方法一方面通过生成莫顿码将三维空间结构通过栅格实现一维描述，利用一维莫顿码快速实现了三维几何模型面元的空间划分，相比于三维度空间划分，一
维的数字索引更利于编程实现空间划分；另一方面，基于莫顿空间构建BVH树，便于通过BVH树逐层递进关系快速确定相交面元，减少了判定时间，使整个计算过程明白清晰，计算结果获取直接，精度较高，效率较快。
[0014]以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例提供的基于莫顿码的三维几何模型面元空间划分及BVH树构建方法的流程示意图；
[0016]图2是本专利技术实施例提供的生成莫顿码的流程示意图；
[0017]图3是本专利技术实施例提供的根据包围盒生成莫顿空间的示意图；
[0018]图4是本专利技术实施例提供的莫顿空间与BVH树的对应关系示意图；
[0019]图5是本专利技术实施例提供的生成的BVH树中的枝节点优化前后的对比图；
[0020]图6是本专利技术实施例提供的生成的BVH树中的叶节点优化前后的对比图；
[0021]图7是本专利技术实施例提供的对BVH树统一化的一种示意图；
[0022]图8是本专利技术实施例提供的对BVH树统一化的另一种示意图；
[0023]图9为本专利技术实施例提供的基于莫顿码的三维几何模型面元空间划分及BVH树构建装置的结构框图。
具体实施方式
[0024]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0025]实施例一
[0026]请参见图1，图1为本专利技术实施例提供的基于莫顿码的三维几何模型面元空间划分及BVH树构建方法的流程示意图，包括：
[0027]步骤1：获取待测目标模型文件内的点云数据以及面元编号数据，并将点云数据更新成三角面元描述，以获得目标模型的几何描述，同时将面元编号数据存储到对应的子节点中。
[0028]在本实施例中，目标的模型文件可通过3Dmax商业软件已有的模型获取，则步骤1具体包括：
[0029]11)根据总的模型数量循环读取目标模型文件内每个目标模型部件的三维坐标和面元编号数据。
[0030]首先，读取目标模型部件数量；然后读取第一个部件点云的三维坐标，并读取第一个部件面元的编号数据，接着，更新面元编号信息；最后，根据总的模型数量循环读取目标点云及编号数据。
[0031]12)根据面元坐标类型构建数据存储结构，并将每个面元的三个顶点坐标存入对应的数据存储结构中，同时将该面元编号数据存储到对应子节点中。
[0032]具体的，根据面元坐标类型构建数据存储结构，分别存储面元的三个顶点坐标，并根据面元总数量，循环将模型数据存储至数据存储结构中。
[0033]步骤2：基于目标模型的几何描述，遍历获得包围目标模型中每个三角面元的包围
盒/球，并确定包围盒中心点坐标以及包围球球心、半径。
[0034]21)针对每个三角面元，循环对每个面元的三个顶点进行最小坐标点和最大坐标点确定，以获得每个面元对应的包围盒/球；
[0035]22)基于待测目标模型的数据信息确定包围盒中心点坐标以及包围球球心和半径。
[0036]在本实施例中，包围盒(Bounding)被定义为包裹住待测模型的最小立方体，通过读取待测目标模型数据信息可以计算出它的中心点坐标(x_center，y_center，z_center)，其计算公式为：
[0037][0038][0039][0040]其中，xmin、ymin、zmin为包围盒的最小坐标点，xmax、ymax、zmax为包围盒的最大坐标点。
[0041]同理，包围球(Sphere)被定义为包裹住待测模型的最小球体。通过读取待测模型数据信息可以计算出它的球心和半径，则就可以构造出一个包围球。其中，球心是由待测模型在x、y、z三个轴上的最值所决定，半径是由球心与投影在三个轴上的最值来确定。包围球的区域表示为：
[0042]S＝{(x,y,z)|(x
‑
O
x
)2+(y
‑
O
y
)2+(z
‑
O
z
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于莫顿码的三维几何模型面元空间划分及BVH树构建方法，其特征在于，包括：步骤1：获取待测目标模型文件内的点云数据以及面元编号数据，并将所述点云数据更新成三角面元描述，以获得目标模型的几何描述，同时将所述面元编号数据存储到对应的子节点中；步骤2：基于所述目标模型的几何描述，遍历获得包围所述目标模型中每个三角面元的包围盒/球，并确定包围盒中心点坐标以及包围球球心、半径；步骤3：基于所述包围盒/球对所有三角面元的中心点坐标进行整数化处理；步骤4：计算整数化后各三角面元中心点坐标对应的莫顿码，并按照莫顿码大小进行排序，同时记录对应的面元编号数据，记为莫顿空间；步骤5：基于所述莫顿空间构建BVH树节点，以形成BVH树。2.根据权利要求1所述的基于莫顿码的三维几何模型面元空间划分及BVH树构建方法，其特征在于，步骤1包括：11)根据总的模型数量循环读取目标模型文件内每个目标模型部件的三维坐标和面元编号数据；12)根据面元坐标类型构建数据存储结构，并将每个面元的三个顶点坐标存入对应的数据存储结构中，同时将该面元编号数据存储到对应子节点中。3.根据权利要求1所述的基于莫顿码的三维几何模型面元空间划分及BVH树构建方法，其特征在于，步骤2包括：21)针对每个三角面元，循环对每个面元的三个顶点进行最小坐标点和最大坐标点确定，以获得每个面元对应的包围盒/球；22)基于待测目标模型的数据信息确定包围盒中心点坐标以及包围球球心和半径。4.根据权利要求1所述的基于莫顿码的三维几何模型面元空间划分及BVH树构建方法，其特征在于，在步骤4中，利用交叉离散方法计算各面元中心点坐标对应的莫顿码，计算过程如下：将当前待计算面元的中心点坐标(x,y,z)转换至二进制数；将x二进制的第一个字符、y二进制的第一个字符、z二进制的第一个字符按顺序组成新的二进制数的前三位；将x二进制的第二个字符、y二进制的第二个字符、z二进制的第二个字符按顺序组成新的二进制数的4～6位；以此...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐丹，张金，刘雨鑫，杨其利，张佳文，
申请(专利权)人：平湖空间感知实验室科技有限公司，
类型：发明
国别省市：