顾及外观细节特征的数字表面模型简化方法技术

本发明专利技术提供一种顾及外观细节特征的数字表面模型简化方法，该顾及外观细节特征的数字表面模型简化方法包括：步骤1，定义网格边的折叠规则及纹理的接缝角度误差，以控制纹理接缝处网格边的折叠代价；步骤2，定义顶点尖锐度和纹理复杂度两个外观细节特征约束指标，增强简化算法对模型外观细节特征的敏感性；步骤3，将定义的边折叠规则和外观细节特征约束指标与二次误差测度

【技术实现步骤摘要】
顾及外观细节特征的数字表面模型简化方法


[0001]本专利技术涉及三维建模
，特别是涉及到一种顾及外观细节特征的数字表面模型简化方法
。

技术介绍

[0002]数字表面模型
(Digital Surface Model
，
DSM)
是一种真实表达地面起伏情况的三维网格模型，可广泛应用于各行各业
。DSM
简化旨在不破坏人们对于模型整体外观感知的前提下，有效减少模型的数据量，以提高计算机对于模型的存储和渲染效率
。DSM
表面几何
、
纹理等外观属性的改变均会影响模型的整体外观，因此在简化过程中应该被充分考虑
。
[0003]目前已经发表了大量
DSM
模型简化算法，大部分简化算法只关注模型几何和拓扑特征的保留
。
近年来，保持颜色
、
纹理等多种外观特征的简化算法也不断涌现
。
众多算法中，基于二次误差测度
(QEM
，
Quadric ErrorMetrics)
的边折叠算法无疑是最受欢迎的算法之一
。
该算法具有较强的可扩展性，能让应用者在模型中添加与纹理
、
颜色等外观属性相关的各类约束条件，进一步优化算法的简化效果
。
尽管如此，针对
DSM
模型简化问题，基于
QEM
的简化算法仍然存在一些不足之处
。
首先，现有的算法仍然不具备简化外观属性不连续模型的能力，在模型外观属性跳跃的部分，简化效果较差，例如模型纹理接缝处
。
此外，在简化过程中，模型的整体外观和细节特征协同处理也是一个难点，不当的简化处理很容易导致模型细节特征过早退化，造成模型局部几何细节大量丢失和纹理误差快速增大
。
[0004]在申请号：
CN201310210453.2
的中国专利申请中，涉及到一种基于距离加权最小折叠代价的三维模型边折叠简化的方法，包括如下步骤：读取三维模型的
obj
文件，求出平均起伏权值，确定参考阈值；根据模型文件中点的次序循环遍历模型中的顶点
v
；通过将
v
的顶点起伏权值与参考阈值进行比较；遍历该顶点
v
的所有相邻顶点；计算出该顶点与所有相邻非特征顶点之间的距离，求和并算出平均距离以及每个相邻顶点的距离比值；对每一对顶点都模拟进行边折叠操作；选择折叠代价最小的那对候选顶点对作为进行边折叠操作的输入；将简化后保留的顶点及面片信息保存到新的
obj
文件中
。
通过实施该专利技术，能够尽量减少简化模型产生狭长三角面片的出现，从而尽量保持了原始模型的拓扑结构和特征点
。
[0005]在申请号：
CN202011530256.5
的中国专利申请中，涉及到一种
BIM
模型简化方法及简化装置，其中，该方法包括：获取原始
BIM
模型及原始
BIM 模型中顶点的坐标，原始
BIM
模型为三角网格模型；根据顶点的坐标，计算原始
BIM
模型中三角形的每个边对应的折叠点位置坐标和误差测度，根据误差测度从小到大的排序结果确定待折叠边；在原始
BIM
模型中获取与待折叠边存在至少一顶点重合的三角形的属性信息；根据属性信息对待折叠边进行折叠，以得到简化后的
BIM
模型
。
通过利用与待折叠边存在至少一顶点重合的三角形的属性信息对待折叠边进行折叠保护，避免折叠产生明显与原始
BIM
模型差异的结果，使得简化后的
BIM
模型保留原始
BIM
模型的真实结构信息，提高模型简化的准确性
。
[0006]在申请号：
CN201310210454.7
的中国专利申请中，涉及到一种基于最小折叠代价的三维模型边折叠简化的方法，包括如下步骤：读取三维模型的
obj
文件，求出平均起伏权
值，确定参考阈值；根据模型文件中点的次序循环遍历模型中的顶点
v
；通过将
v
的顶点起伏权值与参考阈值进行比较，判断该点是否是特征点；遍历该顶点
v
的所有相邻顶点；对每一对顶点都模拟进行边折叠操作，计算边折叠之后产生的折叠代价；选择折叠代价最小的那对候选顶点对作为进行边折叠操作的输入；将简化后保留的顶点及面片信息保存到新的
obj
文件中，以供下一次简化使用
。
通过实施本专利技术，从而使得三维模型数据得到大量的减少，降低交互终端的处理压力
。
[0007]以上现有技术均与本专利技术有较大区别，未能解决我们想要解决的技术问题，为此我们专利技术了一种新的顾及外观细节特征的数字表面模型简化方法
。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种可以更好地保留模型的纹理特征和几何细节特征，输出高质量简化模型的顾及外观细节特征的数字表面模型简化方法
。
[0009]本专利技术的目的可通过如下技术措施来实现：顾及外观细节特征的数字表面模型简化方法，该顾及外观细节特征的数字表面模型简化方法包括：
[0010]步骤1，定义网格边的折叠规则及纹理的接缝角度误差，以控制纹理接缝处网格边的折叠代价；
[0011]步骤2，定义顶点尖锐度和纹理复杂度两个外观细节特征约束指标，增强简化算法对模型外观细节特征的敏感性；
[0012]步骤3，将定义的边折叠规则和外观细节特征约束指标与二次误差测度
QEM
模型相结合，建立一个新的误差测度公式，以优化边折叠
DSM
简化算法的简化效果
。
[0013]本专利技术的目的还可通过如下技术措施来实现：
[0014]步骤1包括：
[0015]S11
，按照
DSM
模型中网格边所处纹理区域，将其分为2类：内部边
T1 和边界边
T2
；
[0016]S12
，制定针对各类边的折叠规则
。
[0017]在步骤
S11
中，
T2
进一步分为3小类，包括：
T2.1
，指与纹理接缝相接的边界边；
T2.2
，指与纹理接缝重合的边界边；
T2.3
，与纹理接缝相接且重合的边界边
。
[0018]在步骤
S12
中，对于类型为
T1
的边，采用全边折叠方法计算折叠代价和新的顶点位置；对于类型为
T2.1
和
T2.2
的边，采用接缝角度误差约束的半边折叠方法，选择两个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
顾及外观细节特征的数字表面模型简化方法，其特征在于，该顾及外观细节特征的数字表面模型简化方法包括：步骤1，定义网格边的折叠规则及纹理的接缝角度误差，以控制纹理接缝处网格边的折叠代价；步骤2，定义顶点尖锐度和纹理复杂度两个外观细节特征约束指标，增强简化算法对模型外观细节特征的敏感性；步骤3，将定义的边折叠规则和外观细节特征约束指标与二次误差测度
QEM
模型相结合，建立一个新的误差测度公式，以优化边折叠
DSM
简化算法的简化效果
。2.
根据权利要求1所述的顾及外观细节特征的数字表面模型简化方法，其特征在于，步骤1包括：
S11
，按照
DSM
模型中网格边所处纹理区域，将其分为2类：内部边
T1
和边界边
T2
；
S12
，制定针对各类边的折叠规则
。3.
根据权利要求2所述的顾及外观细节特征的数字表面模型简化方法，其特征在于，在步骤
S11
中，
T2
进一步分为3小类，包括：
T2.1
，指与纹理接缝相接的边界边；
T2.2
，指与纹理接缝重合的边界边；
T2.3
，与纹理接缝相接且重合的边界边
。4.
根据权利要求3所述的顾及外观细节特征的数字表面模型简化方法，其特征在于，在步骤
S12
中，对于类型为
T1
的边，采用全边折叠方法计算折叠代价和新的顶点位置；对于类型为
T2.1
和
T2.2
的边，采用接缝角度误差约束的半边折叠方法，选择两个顶点中代价较小的点作为折叠点；对于类型为
T2.3
的边，禁止折叠
。5.
根据权利要求4所述的顾及外观细节特征的数字表面模型简化方法，其特征在于，在步骤1中，接缝角度误差用于评价纹理接缝处纹理特征变形大小的定量参数，其计算公式为其中，
p1、p2点为
p0项点在纹理接缝上两侧相邻顶点；
T
表示向量的转置；接缝角度误差
E
由接缝的几何夹角与纹理夹角共同影响，因此顶点采用五维坐标
(x
，
y
，
z
，
u
，
v)
进行表示
。6.
根据权利要求1所述的顾及外观细节特征的数字表面模型简化方法，其特征在于，在步骤2，对于一个顶点
v
，其顶点尖锐度
α
(v)
的计算公式为式中
n
为顶点一环领域内所有三角面元素的个数，
2S
sum
为这些三角形的总面积，
S
i
和
N
i
分别表示三角形集合中第
i
个元素的面积和法向量；算法中，顶点尖锐度用于提高算法对于模型凹凸部分的敏感性
。7.
根据权利要求1所述的顾及外观细节特征的数字表面模型简化方法，其特征在于，在步骤2，纹理复杂度
β
n
(v)
用于评价一个顶点周围一定范围内的纹理拼接的复杂程度，其计算公式为其中
V_count
为顶点
v
的
n
环邻域内顶点的数量，
T_count
为
n
环邻域内顶点所对应的纹理坐标点的总数
。
8.
根据权利要求1所述的顾及外观细节特征的数字表面模型简化方法，其特征在于，在步骤3，结合了
QEM
和以上提出的各种细节特征评价指标，确定新的折叠边代价评价函数，具体为：
Cost(v1，
v2)
＝
V

【专利技术属性】
技术研发人员：史敬华，于金彪，杨耀忠，曹伟东，孙红霞，汪勇，董亚娟，刘远刚，喻思羽，郑乃元，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司勘探开发研究院，
类型：发明
国别省市：