[发明专利]一种面向虚拟现实技术的多分辨率模型简化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种面向虚拟现实技术的多分辨率模型简化方法，用于解决虚拟现实场景实现过程中复杂度与实时性要求过高而计算机图形硬件处理能力不足的矛盾，属计算机图形处理技术领域。

背景技术

实时三维图形绘制技术是目前虚拟现实技术的重要研究领域与课题，然而随着虚拟现实技术应用的逐步升级，计算机所需描绘的场景日益复杂、逼真，但目前计算机的绘制能力远远不能满足要求，且随着虚拟现实技术不断向移动平台扩展，全部通过硬件实现加速绘制的方案变得越来越不现实。此外，虚拟现实技术的许多应用领域，对实时性要求极高，需要用户能在较高的交互帧频率下对场景中的对象进行实时互动，甚至要求达到人眼察觉不到的闪烁程度(通常在30-60帧)，这些都要求系统的图形必须及时生成并且对环境和场景做出反应。

图形硬件流水线分为处理和绘制两个阶段，从主机开始获取整个虚拟场景到生成整个虚拟场景画面给用户，需要在以下两个阶段耗费大量的时间，一是主机存取时间，二是几何处理绘制时间。前者主要取决于机器自身性能，尚无法通过算法进行优化，而后者主要取决于图形定点的数量和图形所涵盖的像素数量(即图形的复杂度)。目前在虚拟现实应用中主流的优化方法主要是通过并行计算和分布式图形绘制对算法进行优化，或者通过可见性裁剪或预处理方式对图像生成时间进行压缩，本文则主要通过提出模型简化和多分辨率造型的算法，对虚拟场景生成效率进行优化。

目前在多分辨率模型简化领域，主要是通过构建简化多边形和采样点的方式，构建多分辨率简化模型，例如中国科学院计算技术研究所的申请号为200610089057.9、发明名称为“一种虚拟人实时绘制方法”的发明专利，该方法是通过构建简化多边形和采样点来实现构建多分辨率模型，但是该专利有两个缺陷，一是构建的多分辨率模型无法进行重要度区分，二是无法衡量多分辨率模型的质量，也无法对简化的程度进行评估、修改、调节。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供了一种面向虚拟现实技术的多分辨率模型简化方法。

本发明的技术方案如下：

一种面向虚拟现实技术的多分辨率模型简化方法，通过计算机对虚拟现实系统中的各个模型进行运算和图形输出来实现，运算方法归结为顶点聚类类型的算法，该方法的步骤如下：

1、网格划分：对原始的模型建立一个能够包围全部模型的立方体，称为立方体包围盒，通过立体空间的划分将包围盒分成若干个立体区域，这些区域称为模型聚类网格，在这些网格内，模型的顶点即模型中各个面相交形成的点都会一一映射到不同的网格中；

2、聚类点计算：将同一个聚类网格中的顶点全部整合为一个新的顶点，之后再根据原始的顶点之间的拓扑连接关系重新连接，构成了新的模型；

采用多分辨率模型选择尺度，其建模思想是通过对场景中每一个模型对象的重要性进行分析，使得重要性排名靠前的模型进行高质量的绘制，而重要性排名靠后的对象，则采用低质量的绘制，这样使得整个虚拟现实系统能在保证实时运行的前提下，尽最大程度的提高用户的视觉感受；那么我们通过定义重要度S来对系统中物件的重要性大小进行衡量，每个物件的重要度取决于如下几个要素：

a、距离重要度Sd：我们首先将虚拟现实系统中第一人称摄像机的位置定义视点，那么系统中物体与视点之间的距离则是衡量物体重要程度中最主要的标准之一，距离与物体的重要程度成反比，其比例关系使用回归运算可知接近一个类反比例函数关系，在实际计算应用中，我们将系统中视点与模型包围盒的中心点之间的距离称为视距d，那么当视距变大时，物体的重要度会呈反比例下降，Sd＝k1/(d+a1)+c1，该拟合函数中k1，a1，c1为待定系数，d表示视距，由重要度和距离之间的实际测量值经过回归运算得到；

b、离心率重要度Se：这里离心率指的是模型与视点正前方之间的夹角θ，一般用于反映人眼对物体的注意程度，所以在虚拟现实系统中，要根据物体距离视点的偏离程度确定模型的重要度，经过回归运算，其重要度和离心率的关系约为一个对数函数关系，值得注意的是该函数的定义域为虚拟现实系统中第一人称摄像机的视觉宽度FOV，当离心率变大时，该模型的重要度会呈对数下降Se＝C2*logk2(θ)+e2，其中0<k2<1,θ∈[0,FOV])，其中C2，k2，e2为待定系数，由重要度和离心率之间的实际测量值经过回归运算得到；