一种面向蒙皮动画的基于网格收缩的三维网格模型骨架提取系统及骨架提取方法技术方案

一种面向蒙皮动画的基于网格收缩的三维网格模型骨架提取系统及骨架提取方法，本发明专利技术属于计算机图形学中的三维建模和计算机动画领域。本发明专利技术解决了现有基于收缩的骨架提取方法只能应用在闭合的三维网格模型上，缺乏通用性，收缩后骨架的中心性差的问题，本发明专利技术包括网格收缩模块、退化网格降采样模块、边塌缩模块和嵌入校正模块。网格收缩模块对原始三维网格模型进行几何收缩，得退化网格模型；退化网格降采样模块对退化网格模型进行降采样操作，得退化网格模型的低分辨率映射图；边塌缩模块对退化网格模型的低分辨率映射图进行边塌缩操作，嵌入校正模块对骨架顶点的位置进行校正，得校正后的网格模型的一维骨架。本发明专利技术用于计算机动画领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机图形学中的三维建模和计算机动画领域。
技术介绍
三维动画是一种典型的三维媒体，蒙皮动画是实现三维动画的一种重要手段。蒙皮动画本质是通过三维模型骨架的运动，带动三维模型上所有顶点的运动，从而形成动画效果。显而易见，良好的骨架提取技术是实现蒙皮动画的一项关键技术。从算法操作对象的角度，骨架提取技术可以分为两大类:体方法和几何方法。体方法的操作对象是三维模型内部的元素，该类方法包括体素细化方法、基于距离场的方法和基于通用场的方法等；几何方法直接对网格或点云进行操作，典型的如VOTonoi图、基于Reeb图的方法等。就蒙皮动画而言，由于动画的形成依赖于骨架带动模型表面的顶点，因此需要模型顶点和骨架顶点之间良好的对应关系和权重绑定。而传统的骨架提取方法在提取骨架的过程中难以保留模型顶点和骨架之间的对应关系，因此在获取骨架之后，还需要由美工手动配置权重，繁琐 费时，消耗了大量的人力物力。近年来，出现了基于收缩的骨架提取方法，尽管该类方法能够在收缩过程中完整保留模型顶点和骨架顶点之间的对应关系，可以方便地实现自动权重分配，但仍存在种种缺陷，只能应用在闭合的三维网格模型上，缺乏通用性，或在收缩后不能保证良好的骨架中心性而对后期蒙皮产生不良影响等问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有基于收缩的骨架提取方法只能应用在闭合的三维网格模型上，缺乏通用性，收缩后骨架的中心性差的问题，提出了一种面向蒙皮动画的基于网格收缩的三维网格模型骨架提取系统及提取方法。本专利技术所述一种面向蒙皮动画的基于网格收缩的三维网格模型骨架提取系统，该系统包括:用于对原始三维网格模型进行网格的几何收缩，获取退化网格模型，再将获得的退化网格模型传递到退化网格降采样模块2的网格收缩模块I ;用于对获取的退化网格模型中的顶点进行降采样操作，获取退化网格模型的降采样顶点集及退化网格模型的降采样顶点与退化网格模型中的顶点的对应关系，根据退化网格模型的拓扑恢复降采样顶点间的连通关系从而获取退化网格模型的低分辨率映射图，再将获取的退化网格模型的低分辨率映射图传递到边塌缩模块3的退化网格降采样模块2 ;用于在退化网格模型的低分辨率映射图上通过边塌缩操作删除退化网格模型的低分辨率映射图上所有三角形，并记录边塌缩过程中的所有顶点的对应关系，获得三维网格模型的一维骨架，再将获得的三维网格模型的一维骨架传递给嵌入校正模块4的边塌缩丰旲块3 ；用于计算原始三维网格模型中各顶点到三维网格模型一维骨架中对应的骨架顶点的总加权位移，对三维网格模型一维骨架的骨架顶点位置进行校正，保证三维网格模型一维骨架的骨架顶点中心性的嵌入校正模块4。一种面向蒙皮动画的基于网格收缩的三维网格模型骨架提取系统实现骨架提取的方法的具体步骤为:步骤一、用于对原始三维网格模型进行网格的几何收缩，获取退化网格模型的步骤；步骤二、用于将获得取的退化网格模型传递到退化网格降采样模块2的步骤；步骤三、用于对获取的退化网格模型中的顶点进行降采样操作，获取退化网格模型降采样顶点集和降采样顶点与退化网格中顶点的对应关系，根据退化网格模型的拓扑恢复降采样顶点间的连通关系从而获取退化网格模型的低分辨率映射图的步骤；步骤四、用于将获取的退化网格模型的低分辨率映射图传递到边塌缩模块3的步骤；步骤五、用于在退化网格模型的低分辨率映射图上通过边塌缩操作删除退化网格模型的低分辨率映射图上所有三角形，并记录边塌缩过程中的所有顶点的对应关系，获得三维网格模型的一维骨架的步骤；步骤六、用于将获得的三维网格模型的一维骨架传递给嵌入校正模块4的步骤；步骤七、用于计算三维网格模型中各顶点到三维网格模型一维骨架中对应的骨架顶点的总加权位移的步骤； 步骤八、 用于对三维网格模型一维骨架的骨架顶点位置进行校正，保证三维网格模型的一维骨架顶点的中心性的步骤。本专利技术通过对原始网格模型进行收缩和一系列后处理操作实现三维网格模型的骨架提取，在骨架提取的过程中完整地保持了原始网格模型顶点与骨架顶点之间的对应关系，能够方便地完成蒙皮动画所需的权重绑定操作，大量节省蒙皮动画过程中美工的工作量。在收缩约束矩阵的构造中，考虑了对边界顶点的处理，使得本专利技术可以应用于非闭合或非闭合模型，具有良好的通用性。同时，通过面积比加权的方式度量顶点位移，校正后的骨架顶点具有更好的中心性，其中心对称性与现有同类技术相比提高了 10%左右，能够减少因骨架位置偏移给蒙皮带来的不良影响。附图说明图1是本专利技术所述的一种面向蒙皮动画的基于网格收缩的三维网格模型骨架提取系统的结构不意图；图2是本专利技术所述的一种面向蒙皮动画的基于网格收缩的三维网格模型骨架提取方法的流程图。具体实施例方式具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种面向蒙皮动画的基于网格收缩的三维网格模型骨架提取系统，该系统包括:用于对原始三维网格模型进行网格的几何收缩，获取退化网格模型，再将获得的退化网格模型传递到退化网格降采样模块2的网格收缩模块I ;用于对获取的退化网格模型中的顶点进行降采样操作，获取退化网格模型的降采样顶点集及退化网格模型的降采样顶点与退化网格模型中的顶点的对应关系，根据退化网格模型的拓扑恢复降采样顶点间的连通关系从而获取退化网格模型的低分辨率映射图，再将获取的退化网格模型的低分辨率映射图传递到边塌缩模块3的退化网格降采样模块2 ;用于在退化网格模型的低分辨率映射图上通过边塌缩操作删除退化网格模型的低分辨率映射图上所有三角形，并记录边塌缩过程中的所有顶点的对应关系，获得三维网格模型的一维骨架，再将获得的三维网格模型的一维骨架传递给嵌入校正模块4的边塌缩丰旲块3 ；用于计算原始三维网格模型中各顶点到三维网格模型一维骨架中对应的骨架顶点的总加权位移，对三维网格模型一维骨架的骨架顶点位置进行校正，保证三维网格模型一维骨架的顶点中心性的嵌入校正模块4。具体实施方式二:本实施方式是对具体实施方式一所述的一种面向蒙皮动画的基于网格收缩的三维网格模型骨架提取系统的进一步说明，所述网格收缩模块I包括用于对原始三维网格模型进行网格的几何收缩，获取退化网格模型的子模块，该子模块进一步包括用于以三维网格模型的几何特性和拓扑特征为依据构造线性系统的子模块；该子模块构造的线性系统为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向蒙皮动画的基于网格收缩的三维网格模型骨架提取系统，其特征在于，该系统包括：用于对原始三维网格模型进行网格的几何收缩，获取退化网格模型，再将获得的退化网格模型传递到退化网格降采样模块(2)的网格收缩模块(1)；用于对获取的退化网格模型中的顶点进行降采样操作，获取退化网格模型的降采样顶点集及退化网格模型的降采样顶点与退化网格模型中的顶点的对应关系，根据退化网格模型的拓扑恢复降采样顶点间的连通关系从而获取退化网格模型的低分辨率映射图，再将获取的退化网格模型的低分辨率映射图传递到边塌缩模块(3)的退化网格降采样模块(2)；用于对退化网格模型的低分辨率映射图进行边塌缩操作，删除退化网格模型的低分辨率映射图上所有三角形，并记录边塌缩过程中的所有顶点的对应关系，获得三维网格模型的一维骨架，再将获得的三维网格模型的一维骨架传递给嵌入校正模块(4)的边塌缩模块(3)；用于计算原始三维网格模型中各顶点到三维网格模型一维骨架中对应的骨架顶点的总加权位移，对三维网格模型一维骨架的骨架顶点位置进行校正，保证三维网格模型一维骨架的骨架顶点中心性的嵌入校正模块(4)。

【技术特征摘要】
1.一种面向蒙皮动画的基于网格收缩的三维网格模型骨架提取系统，其特征在于，该系统包括: 用于对原始三维网格模型进行网格的几何收缩，获取退化网格模型，再将获得的退化网格模型传递到退化网格降采样模块(2)的网格收缩模块(I)； 用于对获取的退化网格模型中的顶点进行降采样操作，获取退化网格模型的降采样顶点集及退化网格模型的降采样顶点与退化网格模型中的顶点的对应关系，根据退化网格模型的拓扑恢复降采样顶点间的连通关系从而获取退化网格模型的低分辨率映射图，再将获取的退化网格模型的低分辨率映射图传递到边塌缩模块⑶的退化网格降采样模块⑵；用于对退化网格模型的低分辨率映射图进行边塌缩操作，删除退化网格模型的低分辨率映射图上所有三角形，并记录边塌缩过程中的所有顶点的对应关系，获得三维网格模型的一维骨架，再将获得的三维网格模型的一维骨架传递给嵌入校正模块(4)的边塌缩模块 (3)； 用于计算原始三维网格模型中各顶点到三维网格模型一维骨架中对应的骨架顶点的总加权位移，对三维网格模型一维骨架的骨架顶点位置进行校正，保证三维网格模型一维骨架的骨架顶点中心性的嵌入校正模块(4)。2.根据权利要求1所述的一种面向蒙皮动画的基于网格收缩的三维网格模型骨架提取系统实现骨架提取的方法，其特征在于，该方法的具体步骤为:步骤一、用于对原始三维网格模型进行网格的几何收缩，获取退化网格模型的步骤；步骤二、用于将获得取的退化网格模型传递到退化网格降采样模块(2)的步骤；步骤三、用于对获取的退化网格模型中的顶点进行降采样操作，获取退化网格模型降采样顶点集和降采样顶点与退化网格中顶点的对应关系，根据退化网格模型的拓扑恢复降采样顶点间的连通关系从而获取退化网格模型的低分辨率映射图的步骤； 步骤四、用于将获取的退化网格模型的低分辨率映射图传递到边塌缩模块(3)的步骤； 步骤五、用于在退化网格模型的低分辨率映射图上通过边塌缩操作删除退化网格模型的低分辨率映射图上所有三角形，并记录边塌缩过程中的所有顶点的对应关系，获得三维网格模型的一维骨架的步骤； 步骤六、用于将获得的三维网格模型的一维骨架传递给嵌入校正模块(4)的步骤；步骤七、用于计算原始三维网格模型中各顶点到三维网格模型一维骨架中对应的骨架顶点的总加权位移的步骤； 步骤八、用于对三维网格模型一维骨架的骨架顶点位置进行校正，保证三维网格模型的一维骨架顶点的中心性的步骤。3.根据权利要求2所述的一种面向蒙皮动画的基于网格收缩的三维网格模型骨架提取系统实现骨架提取的方法，其特征在于，步骤一所述的用于对三维网格模型进行网格的几何收缩，获取退化网格模型的步骤的进一步包括如下步骤: 步骤Al、用于以三维网格模型的几何特性和拓扑特征为依据构造线性系统的步骤； 该步骤构造的线性系统为:4.根据权利要求3所述的一种面向蒙皮动画的基于网格收缩的三维网格模型骨架提取系统实现骨架提取的方法，其特征在于，步骤A2所述的用于设置线性系统中收缩约束权值矩阵I和吸引约束权值矩阵Wh的初值的步骤；该步骤设置的收缩约束权值矩阵\为对角矩阵，该对角矩阵对角线上元素的初值设置为I / (IO3.λ/Ι)，其中，A为原始网格模型上所有二角网格的平均面积； 设置的吸引约束权值矩阵Wh为对角矩阵，该对角矩阵对角线上所有元素的初值设置为...

【专利技术属性】
技术研发人员：于立洋，王晶晶，杨文君，
申请(专利权)人：牡丹江师范学院，
类型：发明
国别省市：