[发明专利]一种三角形网格模型的处理方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及数字图像处理技术，特别涉及一种三角形网格模型的处理方法及装置。

背景技术

在计算机图形学的应用中，物体的几何模型通常采用三角形面片表示。但是，随着物体模型复杂性的增加，表示物体所需要的三角形面片的数量大大增加。例如，三维激光实物扫描、医学图像三维重构、遥感图像地形重建等应用中，三角形面片的数量常常达到百万甚至千万，大大超出了图形硬件和网路传输的处理能力。

因此，计算机图形学中一个重要的步骤就是通过网格处理用低复杂度的模型代替高复杂度的模型，同时维持物体的重要特征，较好的逼近物体的原始形状。

为了降低三角形网格模型的复杂度，可以通过移除或者修改模型中对视觉效果影响不大的部分网格面片信息，例如顶点、边或者三角形面片等，来减少网格模型中三角形面片的数量。三角形网格模型的简化是在尽量保证简化前后模型特征变化最小的情况下，找到最少数量三角形面片的简化表示方法。三角形网格模型的简化过程通常为：对给定的原始三角形网格模型，根据一定的简化算法，在一定的条件约束下，对其进行一系列的简化基本操作，直到得到要求的简化后的网格模型。

目前，边折叠方法是一种比较常用的网格简化方法。边折叠方法的基本思想是：为三角形网格模型中的每个顶点计算一个误差矩阵，根据误差矩阵计算网格中边折叠的代价以及目标顶点的位置，然后按照折叠代价从小到大进行折叠操作。具体包括：选择网格模型中代价最小的边以及与该边相关的两个顶点，将这两个顶点“折叠”至目标顶点，然后修改拓扑关系，将与这两个顶点相关的边映射到目标顶点；更新每个顶点的误差矩阵，然后重新计算网格模型中边折叠的代价以及目标顶点的位置，再次选择代价最小的边以及与该边相关的两个顶点进行简化操作；重复上述过程，直至得到满足要求的网格模型。图1为现有技术中边折叠方法的示意图。如图1所示，假设图（a）所示的三角形网格模型中，顶点v₁和v₂之间的边为代价最小的边。因此，顶点v₁和v₂被“折叠”至目标顶点v′₁₂。相应的，与这两个顶点相关的边被映射到目标顶点v′₁₂，得到如图（b）所示的三角形网格模型。

Garland提出的基于二次误差测度的边折叠方法是一种经典的边折叠方法，该方法使用目标顶点到和被折叠边的两个顶点相关联的平面的距离的平方和作为误差，计算比较简单、速度快。但是，Garland基于二次误差测度的边折叠方法在简化过程中，由于目标顶点可能位于任意位置，当目标顶点的位置与周围相关的顶点很近时，会产生一些异常三角形面片。这些异常三角形面片通常具有一个非常大的顶角和两个非常小的顶角，这对于后续的处理是非常不利的。也就是说，在Garland的方法中，由于没有充分考虑简化过程中生成的三角形面片的形状特征，导致简化结果容易出现形状异常的三角形，这可能会严重影响后续基于简化模型的细分曲面的重建质量。具体请见M.Garland，et.al.，“Surface Simplification Using QuadricError Metrics，”Computer Graphics(SIGGRAPH′97Proceedings)，1997，pp.209-216.

发明内容

本发明实施例提供了一种三角形网格模型的处理方法及装置，以避免在处理过程中产生异常的三角形面片。

本发明实施例提出的技术方案包括：

一种三角形网格模型的处理方法，其中，所述三角形网格模型由顶点和三角形面片组成，三角形面片的同一条边的两个顶点组成一个顶点对，一个顶点的平均曲率反映所述三角形网络模型对应的实际物体的曲率统计特征，所述处理方法包括：计算每个所述顶点的平均曲率，将两个顶点的平均曲率都小于预设的平均曲率阈值的顶点对确定为候选顶点对；对于每个所述候选顶点对，确定与其对应的目标顶点的位置，所述目标顶点用于移除所述候选顶点对时代替所述候选顶点对；根据所述目标顶点到所有具有与所述候选顶点对中任意一顶点的三角形面片的距离，确定移除所述候选顶点对的第一代价；根据具有所述目标顶点的所有三角形面片的形状特征，确定移除所述候选顶点对的第二代价；根据所述第一代价和所述第二代价，确定移除所述候选顶点对的代价；移除代价最小的一个候选顶点对，以与所移除的候选顶点对对应的目标顶点代替。