一种三角网格模型的重建方法技术

本发明专利技术公开了一种三角网格模型的重建方法，属于计算机图形学领域。本发明专利技术方法为：将输入模型参数化到一立方体表面，然后利用立方体参数化坐标和模型的拓扑连接关系绘制立方体；对跨越所绘制立方体两个或三个面的三角形，提取其边与立方体棱边的交点及其那所含顶点的属性值，并根据所提取点的属性值以及模型的拓扑连接关系生成一标准立方体；利用标准立方体的参数化坐标作为空间坐标，构建模型的几何图像和差分几何图像；利用差分几何图像对重采样模型进行约束，重建模型。本发明专利技术很好地保持了采样前的模型细节，并生成了规则的几何模型，有利于模型的加速绘制，当进行模型的变体插值时，对生成的中介模型也能保持平滑的几何细节。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机真实感图形学、虚拟现实、几何造型、计算机动画相结合的领域， 具体涉及一种使用差分几何图像生成重采样模型的方法。
技术介绍
几何体通常由不规则三角网格表示。网格重建可以使用规则或半规则的连接性对几何 体进行近似。使用规则或半规则网格自身的隐式连接关系，可以改善模型的几何压缩，同 时可以减少表面切线方向几何采样的不均匀性，从而降低整体的熵值(参考Khodakovsky， A.， Schr6der， P.， Sweldens， W.: Progressive geometry compression. In: Akeley， K. (ed.) Siggraph 2000, Computer Graphics Proceedings, pp. 271—278. ACM， New York (2000))。为了得到规则的网格模型，Gu et al.于2002年提出了几何图像(Geometry Image或 GIM)的概念(参考Gu， X., Gortler, S丄，Hoppe， H.: Geometry images. ACM Trans. Graph-Sip), 355-361 (2002))， 来构建极为规则的网格。Sander et al.将其扩展到多chart GIM (参 考Sander, RV., Wood, Z.J., Gortler, S丄，Snyder, J.， Hoppe， H.: Multi-chart geometry images. In: Proceedings of the Eurographics, ACM SIGGRAPH Symposium on Geometry Processing, pp. 146—155. Eurographics Association (2003)) , Losasso et al.和Praun et al.等将其扩展到球面 GIM (参考文献Losasso, F" Hoppe， H.， Schaefer， S.，^^arren， J.: Smooth geometry images. In: Proceedings of the Eurographics/ACM SIGGRAPH Symposium on Geometry Processing, pp. 138-145. Eurographics Association (2003)禾卩文献Praun， E.， Hoppe, H.: Spherical parametrization and remeshing. ACM Trans. Graph. 22(3)， 340-349 (2003))。 Tarini et al.将其扩 展到多立方体映射GIM (参考Tarini, M.， Hormann, K., Cignoni, P., Montani， C.: Polycubemaps. ACM Trans. Graph. 23(3), 853—860 (2004))。但是只使用GIM来重构模型会带来局部信息的丢失。换句话说，按重构模型顶点位置 计算出来的法向量和曲率信息与采样得到的法向量和曲率不一致，这是由于采样后的固定 的连接方式(即在GIM图像中通过连接四个像素构成的正方形的对角线作为重建网格后三 角形的一条边)导致的。尽管我们的眼睛不容易察觉到曲率的变化，却能够感受到法向的 混淆。为解决这个问题，我们可以记录法向映射图中的信息来做为顶点的法向进行显示。 但是，对于那些自动按模型顶点位置计算法向而不是按照模型记录的法向来进行绘制的3D软件来说仍然不能正确显示。随着几何造型技术的发展，解决这个被忽视的问题日益迫切。在GIM和封装了几何模 型局部信息的差分坐标的基础上(参考Sorkine, O., Cohen-Or, D.， Toledo, S.: High-pass quantization for mesh encoding. In: SGP '03: Proceedings of the 2003 Eurographics, ACM SIGGRAPH Symposium on Geometry Processing, pp.42—51. Eurographics Association, Aire-la-Ville (2003))，我们提出了新的差分几何图像(DifferentiaI Geometry Image或DGIM) 的概念，将差分坐标扩展到图像上，与GIM有相似的结构。通过使用DGIM对重构模型进行限制以精确保持局部形状信息，我们可以重新生成新 的模型，其显示效果具有明显的改善。这里，我们使用"重新生成"来表明基于DGIM的 网格重构过程，用于叙述的方便。Michael Floater在他的文章中清晰地叙述了参数化的概念(参考Floater, M.S.: Parametrization and smooth approximation of surface triangulations. Comput. Aided Geom. Des. 14(4), 231-250 (1997))。此后，许多平面参数化方法被提出如MIPS (参考Hormann，K., Greiner, G: MIPS: An efficient global parametrization method. In: Laurent, RJ., Sablonni6re, P., Schumaker， L.L. (eds.) Curve and Surface Design: Saint-Malo 1999， Innovations in Applied Mathematics, pp. 153-162. Vanderbilt University Press, Nashville (2000)) ，LSCM (参考L6vy， B., Petitjean, S.， Ray， N., Maillot, J.: Least-squares conformal maps for automatic texture atlas generation. ACM Trans. Graph. 21(3), 362-371 (2002)) ,MVC (参考Floater, M.S.: Mean value coordinates. Comput. Aided Geom. Des. 20(1)， 19—27 (2003))， ABF+十(参考Sheffer, A.， L6vy， B., Mogilnitsky, M., Bogomyakov, A.: Abf++: fast and robust angle based flattening. ACM Trans. Graph. 24(2)， 311-330 (2005))。对于封闭0亏格流形网格来说，使用球面域作为参数化域更加自然，因为模型与球拓扑同构。其最大挑战在于避免参数化域的重叠以保证一 对一的映射，以及构建一个的均匀的参数化以保证表面各处的采样的精度。Praun et al.提 出了一种方法能够达到这个目标(参考Praun, E., Hop本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三角网格模型的重建方法，其步骤为：　１）将输入的模型参数化到一立方体表面，得到模型的立方体参数化坐标；　２）利用立方体参数化坐标和输入模型的拓扑连接关系绘制立方体；　３）对跨越所绘制立方体两个或三个面的三角形，提取其边 与立方体棱边的交点的属性值，以及其内所包含的立方体顶点的属性值；所述属性值包括位置坐标和差分坐标；　４）根据提取的交点、顶点的属性值以及输入模型的拓扑连接关系，生成一标准立方体；　５）利用所述标准立方体的参数化坐标作为空间坐标， 转化为０和１之间的位置坐标和差分坐标作为颜色，构建模型的几何图像和差分几何图像；同时将差分坐标转化到０和１之间时，分别记录ｘ，ｙ和ｚ方向上差分坐标的最大值和最小值，即６个极值；　６）对模型的几何图像进行重采样，生成网格模型；　７ ）对模型的差分几何图像进行重采样，并利用记录的差分坐标的６个极值，得到目标模型的顶点差分坐标值；　８）根据步骤７）的顶点差分坐标值和步骤６）所生成的网格模型的位置坐标重新计算出目标模型顶点的位置坐标；　９）根据步骤８）中计算出的 顶点位置坐标并利用步骤６）所生成的网格模型的拓扑连接关系，得到调整后的目标模型。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟维亮，盛斌，吕伟伟，孙汉秋，吴恩华，
申请(专利权)人：中国科学院软件研究所，
类型：发明
国别省市：11[]