[发明专利]表示时变图形模型的数据流的编码方案

说明书

技术领域

本发明涉及对表示时变图形模型的数据流的编码和解码，并且具体的涉及该图形模型数据的压缩。

背景技术

现今，时变3D计算机图形模型在经典计算机图形领域中有广泛的应用。例如，3D计算机图形模型应用在游戏、虚拟世界、动画片制作等方面，而且还应用在最新的被称为自由视点视频(FVV)或者3D视频对象(3DVO)的系统中。

3D计算机图形模型在虚拟3D坐标系中描述了3D对象的表面。为此，定义了位于表面之上或者沿着表面排列的一定数量的控制点或者顶点的3D坐标(x，y，z)。通过不同的参数化方法来定义连续表面。例如在被称为多边形网格的参数化方法中，由多边形定义3D对象表面的形状，其中多边形的顶点形成控制点。为了完整的描述对象，还包括连接关系的指示，也即关于哪些控制点被分别概括成多边形的指示。然后通过联合色彩、纹理和其他特征例如反射等来显现完整的3D对象。取决于所使用的表面参数化，这些特征和连接关系或者直接和点表示相关。

于是3D几何图形的通常表示就是在具有或者不具有其连接关系指示的列表中的控制点的3D坐标的指示。例如，在上述用于三角形网格的多边形连接关系的情况下，分别为相应列表号的三个控制点形成三角形，并又被概括到一个列表中。3D坐标可以以浮点数值或者整数数值呈现。连接关系由整数值也就是列表号的指示组成，其中相应的控制点按照列表号在列表中排列。

为了在不同的系统和应用中交换和传送3D几何图形，理想的是要使用一种特定的文本格式，例如虚拟现实模型语言(VRML)，因为它能够在接收侧对3D数据进行解析。

此外，最重要的，还希望减少对3D几何图形编码的必要数据量，从而减少传输数据速率和必要存储空间。如果使用特殊的压缩方法能实现以上减少。由于以上原因，在MPEG-4标准中，对静止对象3D几何图形的编码方法进行了标准化，被称作3D网格编码(3DMC)。3DMC是一种二元格式，除了30-40倍的压缩之外，还提供了相对于可获得的文本格式有所改进的传输功能特性。

但是在多种应用中，产生了动态的即时变的3D模型。在经典的计算机图形中，通过动画来形成，操作者通常为每一时刻新建模型。在最近的FVV或者3DVO方法中，通过真实对象3D运动的重建来形成动态模型，真实对象被若干个摄像机所记录。基本上，可辨别两种动态3D模型的情况。在第一种情况下，拓扑保持相同，也就是控制点或顶点的数量以及连接关系随时间是不变的。仅仅是控制点的3D位置变化。第二种情况代表一般性。在这种情况下，拓扑的变化也是允许的。

在一些情况下，时间变化可由动画描述，也就是依靠基本的物理运动模型来描述变化。这种方法的例子有人的脸部和身体的动画，这也已经在MPEG-4中标准化了，也就是通过所谓的FBA(脸部和身体动画)方法。这种动画模型的缺点是它们无法转换到一般的情况，也就是说它们仅限于特殊的运动序列和/或特殊的对象，例如脸部等。如果没有动画模型存在，那么在每个时刻将不得不传递新的3D模型或者新的控制点网格，然后在每个时刻用MPEG-43DMC对其进行编码，但是因为在每一个时刻都是相同的对象在运动，因而该数据还含有许多时间冗余，这可以用于进一步的压缩。

在J.Zhang和C.B.Owen“Octree-based Animated GeometryCompression”，DCC’04，Data Compression Conference，Snowbird，Utah，USA，page 508-517，March 23-25，2004中描述了一种对时变3D模型进行编码的方法，其中通过对控制点的预测、预测误差或者运动矢量的量化以及将运动矢量概括成组，来描述随时间的变化。压缩，也就是比特率的降低按照差分脉冲编码调制的一般原理来实现。这样，相对于3DMC，可以获得动态模型更显著的压缩优势，也就是相同质量下比特率节省或者相同比特率下质量更好。

但是，随着在不同应用领域中3D模型的更多使用，对动态模型具有更好压缩的更有效编码方案的需求也在增加。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于对表示时变图形模型的数据流进行编码/解码的编码方案，这将能获得更高的压缩优势，也就是相同质量下的比特率节省或者相同比特率下的质量更好。