[发明专利]一种三维场景中基于单元重用的三维模型轻量化方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维模型压缩与Web3D领域技术，尤其涉及的是一种三维场景中基于单元重用的三维模型轻量化方法。

背景技术

目前在移动互联网上应用大规模Web3D内容的趋势越来越明显。然而欲将大规模虚拟场景构筑在移动互联网上却充满了挑战，这也是为什么一直困扰并阻碍着移动互联网上3D应用的大规模普及。其原因分析如下：

1、目前的大多3D模型与虚拟场景的数据量过于“沉重”。

虽然移动互联网的带宽与网速在不断提高，然而相对与其要承载的3D模型与虚拟场景来说还是远远不够的，而且即便网速与带宽提高了一些，可是用户欲浏览的虚拟场景的规模与3D模型的复杂度也都更急剧地增加着。目前绝大多数单机版与网络客户端（C/S）的3D游戏是无法直接移植到在网页与手机上的，因为其场景规模和模型复杂度对于网页和手机3D内容创作与网上实时虚拟浏览来说，实在是过于“沉重”。若想想有效地降低复杂3D模型/大规模虚拟场景在移动互联网上的传输负担，必须要对这些复杂3D模型与大规模虚拟场景进行轻量化处理。

2、手工3D模型与虚拟场景的轻量化处理的周期长而效率低。

3D场景建模是虚拟现实系统开发的第一环节，目前的轻量化3D模型处理的手段基本上是手工进行的，而且手工3D轻量化建模的时间和成本也占整个项目成本的一半以上。美工建模人员往往需要大量时间来人工地去掉那些对视觉没有贡献的冗余的点、边、面片等。这样既费时、费力，而且成本也高。因此，需要一种低成本且高效的轻量化建模手段。

当前，实际应用的大量三维模型通常均由建模工具创建（例如著名的3DS MAX），这些模型通常是多连通的，往往包含（形状与结构相似）的重复几何模型单元，它们往往仅仅具有不同的空间位置、缩放大小和旋转方向，如果能寻找出并重用这些重复存在的模型单元，在网络上传输它们时，只需传输这些重复几何单元一次，便可以多次引用。这样既减小了模型传输的数据量，同时也提高了模型的传输效率。本发明正是基于这样的想法来进行模型的轻量化处理的。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维场景中基于单元重用的三维模型轻量化方法，旨在解决现有的轻量化3D模型处理的手段所花的时间和成本都很高的问题。

本发明的技术方案如下：

一种三维场景中基于单元重用的三维模型轻量化方法，其具体包括:

对所有的模型单元进行姿态对齐预处理，预处理包括：平移无关处理、旋转无关处理和缩放无关处理；

预处理后，在对齐姿态下抽取每个单元的特征描述符，再通过匹配方法来对所有的模型单元进行匹配和分类，找出可重用的模型单元；

在寻找出可重用的模型单元后，去掉冗余的重复单元以达到轻量化模型数据的效果。

所述的三维场景中基于单元重用的三维模型轻量化方法，其中，所述平移无关处理中的平移操作是将模型单元置于世界坐标系的原点位置，并将模型单元的拓扑结构考虑在内，使得预处理后不同模型单元区别加大。

所述的三维场景中基于单元重用的三维模型轻量化方法，其中，在进行旋转无关处理处理时增加对称不变性处理。

所述的三维场景中基于单元重用的三维模型轻量化方法，其中，所述对称不变性的旋转无关处理是在对模型单元进行旋转不变处理时采用主元分析来寻找模型的三个主轴，主元分析获取的样本数据为模型的三维顶点集合。

所述的三维场景中基于单元重用的三维模型轻量化方法，其中，所述的缩放无关处理是指使两个模型单元的大小一致，以便对两模型单元进行几何匹配，采用不同缩放比例的模型单元所具有的共同特性来求其缩放比，使得不同的模型单元经过缩放无关处理后，其包围盒也是不相同的，以便用包围盒的大小是否相同来粗略判断两模型单元是否相同。

所述的三维场景中基于单元重用的三维模型轻量化方法，其中，在对齐姿态下抽取每个单元的特征描述符的方法为：对模型进行体素化，用表面体素状态序列来表示模型单元即每个单元的特征描述符，具体为：求出其最小的轴对齐AABB包围盒，然后将AABB包围盒进行均匀立方体分割，并将这些体素存储为一维体素状态序列，序列中的索引唯一对应于体素的空间位置，用布尔量来记录模型单元体素化后体素的状态，用该体素状态序列来表示模型单元的空间轮廓信息。