[发明专利]一种基于距离加权最小折叠代价的三维模型边折叠简化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及技术计算机领域，具体涉及一种基于距离加权最小折叠代价的三维模型边折叠简化的方法。

背景技术

随着当今科学技术飞速的发展进步，三维图形由于其更生动具体的立体效果，越来越倾向于取代二维图形在人们生活、工作领域的地位。越来越多的三维图形出现在数字电视、动画游戏、地图绘制和医疗成像等领域中。随着三维模型数据获取技术的不断提高，三维模型的精度也随之增长，这给处理能力有限的交互式设备带来了巨大的压力。然而有些场合下并不需要有如此高精度的三维模型，因此需要对三维模型进行简化，从而加快交互终端的处理能力。

与二维图片用图像分辨率来表示图像精度的方法一样，三维图形也用模型分辨率来对应模型数据密度的大小。模型数据密度大意味着模型分辨率高，模型比较精确精细；模型数据密度小意味着模型分辨率低，模型比较粗糙简陋。因此三维图形网格简化的实质就是：对三维网格模型的点和三角面片进行处理，在尽量保持原始模型特征的情况下，去除不影响原始模型特征的多余的点和面片，从而减低模型的数据密度，获得能够满足需要的分辨率比较低的模型，使得三维图形在设备终端的显示和编辑变得容易并减少三维图形数据在因特网上传输的压力。

早在1976年就有学者James Clark提出了三维模型简化的思想，近些年，随着计算机图形学的发展进步以及三维模型应用范围的拓展，越来越多的研究人员对三维模型简化进行了深入全面的研究，特别是采用网格来表示三维模型成为主流之后，涌现众多的三维模型简化算法。

现有的一个基于最小折叠代价的三维模型边折叠简化算法，通过顶点对折叠代价的衡量，综合考虑顶点对的选择对三维模型拓扑结构的影响以及对被选择的顶点对不同折叠操作对模型拓扑结构的影响，从而使得简化后的模型能够保留更多原始模型的特征。

对于现有的技术，该算法虽然综合考虑了顶点对的选择对三维模型拓扑结构的影响以及对被选择的顶点对不同折叠操作对模型拓扑结构的影响，使得简化后的模型能够保留更多原始模型的特征。但是其对于存在狭长三角面片的网格模型缺乏考虑。如图1所示，点A和B为选择的具有最小折叠代价的顶点对，如果将点B向点A合并，则对模型不会产生较大的影响。然而可能存在点A向点B合并，那么在合并后，就将产生如图2所示的结果：产生了多个狭长的小三角面片。

发明内容

本发明是对一种基于距离加权最小折叠代价的三维模型边折叠简化算法的改进，其主要目标是处理存在狭长三角面片的三维模型。使用本发明的基于距离加权最小折叠代价的边折叠简化算法，能够尽量减少简化模型产生狭长三角面片的出现，从而尽量保持了原始模型的拓扑结构和特征点。

本发明是一种基于距离加权最小折叠代价的三维模型边折叠简化的方法。该算法以基于最小折叠代价的边折叠算法为基础，在选择顶点对上进行了改进。首先计算出所有顶点与其所有相邻顶点的平均距离，然后将顶点与相邻顶点的距离与平均距离的比值作为折叠代价的一个系数，距离比值与折叠代价两者的乘积作为新的折叠代价参与评估，该方法包括如下步骤：

步骤一：读取三维模型的obj文件，求出平均起伏权值，确定参考阈值；

步骤二：根据模型文件中点的次序循环遍历模型中的顶点v，全部遍历完则进入步骤八，否则进入步骤三；

步骤三：通过将v的顶点起伏权值与参考阈值进行比较，判断该点是否是特征点，是则进入步骤二；否则进入步骤四；

步骤四：遍历该顶点v的所有相邻顶点，识别出未处理过的非特征顶点，并将该顶点与所有这些相邻非特征顶点均配对作为边折叠操作的候选顶点对；

步骤五：计算出该顶点与所有相邻非特征顶点之间的距离，求和并算出平均距离以及每个相邻顶点的距离比值；

步骤六：对每一对顶点都模拟进行边折叠操作，计算边折叠之后产生的折叠代价，将其与相应顶点的距离比值的乘积作为新的折叠代价。进入步骤七；

步骤七：选择折叠代价最小的那对候选顶点对作为进行边折叠操作的输入，如果有多个这样的顶点对存在，选择距离最近的顶点对。此时模型顶点数减少一个。然后转入步骤二，继续进行简化；

步骤八：将简化后保留的顶点及面片信息保存到新的obj文件中，以供下一次简化使用。

通过本发明提供的方法，本发明首先保持了基于最小折叠代价的三维模型边折叠简化算法的简化有效性，即简化后能够达到同样的保持原始模型拓扑结构和特征的效果。其次，本发明创造性的将顶点间的距离与折叠代价相结合进行了考虑，这使得在简化过程中降低了狭长三角面片出现的可能。