[发明专利]用于更新动态场景的Voronoi图的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形和虚拟现实领域，尤其涉及对场景的Voronoi（沃罗洛伊）图的快速更新。

背景技术

由Descartes于400年前提出的Voronoi图是计算几何中一个重要的、基本的多功能计算几何工具。Voronoi图对场景进行特殊的细分，将场景分成许多区域（region）的集合，每个区域是到一个特定的Voronoi基点（site）比到其他基点更近的点的集合并且该区域是由该特定的Voronoi基点支配（govern）的。一个Voronoi基点是一个对象（object）（一个点，线或者多边形），它可能表示一个障碍物，一个形状，人体的一个特征等等。Voronoi边（edge）是Voronoi区域的边界的集合，其上的每个点到相邻的两个基点的距离相等。

Voronoi图在虚拟现实领域和计算机图形学中有着丰富的应用。其中，Voronoi图的实时更新，尤其是对动态场景的Voronoi图的实时更新，是研究的热点和难点之一。因为，在许多实际的应用中，场景需要被表现为动态变化的，比如形状分析中物体的部分变形，路径规划场景中门的打开和关闭，一场交通事故导致一条路线堵塞、虚拟现实中的实时交互和仿真等等。在许多场景中，会有各种各样类似上述的动态变化，而且变化是频繁发生的。

参考文献1提供了计算动态场景的Voronoi图的更新方法（参考文献1：SUD,A.,ANDERSENM,E.,CURTIS,S.,LIN,M.,AND MANOCHA,D.2008.Real-time path planning in dynamic virtual environments using multiagent navigation graphs.IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics 14,526-538.）。但是，在该方法中，只要Voronoi基点发生任何改变都需要重新计算整个Voronoi图，显然这是低效和冗余的。

参考文献2也是计算动态场景的Voronoi图的更新方法，但只解决动态场景的Voronoi图更新中某种特殊的操作（参考文献2：WOUTER,V.T.,ATLAS,F.C.I.,AND ROLAND,G.2011.Navigation Meshes for Realistic Multi-Layered Environments.In IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems.）。该方法只解决了动态场景计算Voronoi图的删除一个基点的问题，而像插入一个基点，移动一个基点等其他操作，都不能实现，故这样的方法只能限定在层次场景等特定场景中。

参考文献3中给出了完整的Voronoi图的局部更新方法（参考文献3：FRANCISCO,D.M.P.,AND CARLA,M.D.S.F.2011.Dynamic Voronoi diagram of complex sites.Vis Comput 27:463–472.）。该方法使用四叉树结构细分和组织动态场景，利用优先队列辅助计算局部更新范围，实现动态Voronoi图的局部更新。但是，该方法每次更新都必须查询和维护一个四叉树结构，实现复杂，而且没法在图形处理单元（Graphic Processing Unit，GPU）上并行实现，效率低。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于更新动态场景的Voronoi图的方法，实现对动态场景的Voronoi图的快速更新且简单、高效。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种用于更新动态场景的Voronoi图的方法，包括：

步骤1）根据场景变化，确定要执行的基本更新操作序列；所述基本更新操作包括：插入操作和删除操作；

步骤2）对于基本更新操作序列中的每个操作，确定该操作的局部更新范围，所述局部更新范围指所有受到该操作影响的Voronoi区域的集合；

步骤3）计算该局部范围的Voronoi图，并将经计算得到的该局部范围内的Voronoi图拼接回原Voronoi图，以覆盖该局部范围内原有的Voronoi图。

上述技术方案中，在步骤1）除插入一个基点和删除一个基点的场景变化之外，其他场景变化均可以被分解为一次删除操作紧接着一次插入操作。