[发明专利]一种基于图像空间的三维动态数据压缩和平滑方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维动态数据处理的技术领域，具体涉及一种基于图像空间的三维动态数据压缩和平滑方法。

背景技术

随着网络时代的到来，远程可视化成为可视化技术发展的新趋势，使网络上的数据资源得到合理有效的利用。由于观测和模拟所获取数据量的增长速度远大于网络带宽传输速度的增长，同时随着移动计算平台，如笔记本电脑、平板电脑和智能手机的计算能力的提升，远程可视化技术将变得越来越重要，具有广阔的应用前景。

目前，服务器端一般都配备具有强大的图形处能力的超级计算机或工作站，客户端个人计算机的性能也在逐步提升，具有一定的计算能力，因而网络带宽成为制约远程可视化重要瓶颈。在给定网络带宽条件下,要提高数据的网络传输速度,关键是寻求一种高效的数据压缩方法，能够实现对大量数据的快速压缩，并达到较高的压缩比。且在获得较高压缩比数据以后，能够保证客户端重绘场景的质量。

1）三维动态数据的压缩

在传统远程可视化方法中，网络带宽的限制会降低传输的数据质量。为了能快快速获取远程数据，远程可视化最重要的工作之一就是在服务器端对大量可视化数据进行快速紧密压缩，并保证在客户端重构时没有图像的扭曲。

目前有少量的方法可实现考虑时间的动态数据的简单压缩。Sattler等和Shlafman等提出的自动网格分割以及Alexa等用于刚体和Karni等用于柔性物体的主成分分析，可有效实现包含时间的动画序列的压缩。许多非网格分割方法，如：Guskov等提出的小波和Woodring等提出的傅里叶压缩，通过顶点周围点在上一帧和当前帧的空间位置预测顶点的新空间位置，从而实现对随时间变化的数据的压缩，但压缩比有待提高。Liao等和Rosen等可实现对采样点运动轨迹的简单压缩，但压缩效率较慢。为了实现考虑时空连续性的动态数据的快速紧密压缩，本发明提出一种基于屏幕空间的动态数据的压缩方法，同时考虑压缩时的压缩效率和压缩比。

2）三维网格的平滑处理方法

现阶段，用多边形网格来描述场景中几何形体的技术己日渐成熟。并且随着多媒体技术的日益进步，人们能够方便地获得上百万的海量数据点，但同时人们对于三维图形可视化质量的要求也越来越高。通过这些海量数据点得到的三角网格模型不可避免的存在各种噪音和扰动，这些噪音和扰动可能来源于原始模型的一些尖锐特征，小洞或是高曲率等因素。这种不规则的网格模型十分不利于显示，传输等后续操作。为了能够更加准确和有效地处理三维离散采样数据，必须对其进行平滑处理。因此，如何在既保持模型本身的几何结构特征又满足一定的去噪要求的条件下，对三维网格模型进行平滑己成为目前计算机图形学中的一个重要问题。

目前，网格模型平滑算法主要分为两大类：Field等和Li Guangming等提出的拉普拉斯平滑法和Desbrun等提出的平均曲率平滑法。Field等和Li Guangming等提出拉普拉斯平滑算法通过将网格顶点移动到其邻域顶点的平均处进行平滑操作，能够有效地调整所有的网格至规则形状，但对于网格分布不均匀和含有大量不规则三角片的模型，这种均一化的调整往往会导致原始模型的大范围变形。Desbrun等提出的平均曲率平滑法将网格上每点的法矢方向按照该点平均曲率大小移动来调整网格顶点，取得了较好的平滑效果，但是调整后的模型却无法控制网格形状，极易产生大量的不规则三角片。二维图像中的去噪技术，如Yagou等提出的均值滤波、Fleishman等提出的双向滤波和Zhang等提出的基于偏微分方程的思想也被应用到三维网格平滑方法中，取得了不错效果。以上方法均是对静态模型的平滑处理方法，本发明提出一种对相邻刚体过渡区域的平滑处理方法，实现对动态数据的平滑。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：基于图像空间的动态数据的快速紧密压缩，降低网络带宽的限制，提高大量动态数据的网络传输速度。对相邻刚体过渡区域的平滑处理方法，消除压缩比过大时相邻刚体之间的裂缝，保证客户端重构场景的绘制质量，使得服务器端可以传输较大压缩比时的动态数据。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种基于图像空间的三维动态数据压缩和平滑方法，该方法包括如下步骤：

步骤（1）、基于图像空间的三维动态数据压缩：

计算图像中采样点在一定时间间隔内的运动轨迹的空间位置，然后对采样点的运动轨迹进行聚类压缩，将具体有相似运动轨迹的采样点聚为一类；