[发明专利]一种三维动画模型的自适应简化方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机图形图像处理领域，涉及到一种对三维动画模型进行自适应简化的方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步，三维动画作为一种新的媒体形式，已经开始逐渐进入人们的生产和生活中，在虚拟现实、动画游戏、计算机图形学、计算机辅助设计、地理信息系统、医学图形等领域越来越多地应用到三维动画，这些三维动画中涉及的三维网格模型产生数以百万计的面片，对计算机的存储容量、处理速度、绘制速度、传输效率等都提出很高的要求。尤其随着三维激光扫描以及建模技术的快速发展，取得各种真实物体的高精度三维模型已不困难。而与此同时，这些模型的三维网格也变得越来越稠密，数据量不断增大，从而给模型的传输和绘制带来很大困难。

同时由于许多终端设备在计算能力、存储容量、网络带宽和显示性能等方面的限制，复杂的三维模型数据并不适合面向所有终端的图形应用。一方面，这些终端各方面的性能通常无法支持太复杂的三维模型显示，往往会造成系统响应时间过长，甚至死机的情况，影响用户的使用。另一方面，由于这些终端显示屏幕分辨率的限制，过于复杂的三维模型，只会造成在同一个屏幕像素上折叠过多的点，不会对显示效果有任何影响，浪费了终端资源和网络带宽。

实际上，这些三角形网格模型表面的数据点往往是过采样的，特别是在曲率较小的部分，只需要很少的采样点就足以表达模型的几何形状。因此解决三维动画数据量大的一个办法就是对三维动画模型数据进行简化，用尽可能少的数据获得尽可能好的显示效果。

现有的网格数据简化的几何元素删除方法是一种重要的图形简化方法，其原理是在保持一定的几何误差的前提下，删除对模型几何特征影响较小的几何“图元”。“删除”又分直接删除、通过合并两个或多个面来删除边或面、对边或三角形进行折叠等三种情况，移去或删除操作一直进行到模型不能简化或达到指定近似误差为止。关于几何元素删除的算法，国内外不少学者提出了很多的算法，按照“图元”的不同，这些方法可以被大致分为三个类别，如附图1所示：

顶点删除Vertex Decimation Process(VDP)：基本操作是一个顶点及其相邻的三角面片被删除，并且对产生的空洞进行重新三角化。

边折叠Edge Collapse Process(ECP)：一条边被折叠成一个新的顶点，同时边的相邻的两个三角形被删除。这是被广泛使用的一种简化操作，不少算法都是基于这种操作的。

三角形折叠Triangle Collapse Process(TCP)：网格中某个三角形折叠成一个新顶点，同时删除与这个旧三角形共边的相邻三角形。

以上三种几何元素删除算法中，被删除的点、边、面等都属于网格的基本几何要素，可以从网格模型中直接获得，属于直接的几何元素删除简化算法。这类直接的几何元素删除算法，例如边折叠由于每次操作只对模型作小量的修改，因此简化的质量比较出色，现在大部分的研究都是集中在边折叠操作的基础上。

本发明根据基于边折叠简化算法，对网格图形的几何元素进行删除，以实现简化目的，同时针对三维动画中的不同模型和终端显示屏幕分辨率定义不同的模型精度感知因子，改进Garland的二次误差(QEM)来对简化进行误差控制。以达到在保证显示质量的前提下尽可能降低模型面片规模的目的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三维动画模型的自适应简化方法，其实质就是减少模型的点和面，但又要保证终端显示质量。

为了实现发明目的，采用的技术方案如下：

一种三维动画模型自适应简化方法，所述简化方法基于边形折叠简化算法，根据终端显示屏幕分辨率，对网格图形的几何元素进行删除，以实现简化目的，并对三维动画中的不同模型定义不同的模型精度感知因子，改进Garland的二次误差(QEM)来对简化进行误差控制。

所述简化方法具体包括如下步骤：

(1)检索动画模型中的空间三维动画前景模型和背景模型；

(2)对前景模型进行自适应简化；

(3)对背景模型进行自适应简化。

所述步骤(1)还涉及三维动画中动画模型、前景模型和背景模型的定义，