[发明专利]一种适用于三维网格序列的压缩方法

说明书

技术领域

本发明属于数据压缩的技术领域，具体地涉及一种适用于三维网格序列的压缩方法。

背景技术

随着计算机图形学以及三维扫描技术的飞速发展,三维网格已广泛地应用在计算机图形学和计算机视觉等各个领域。近年来，三维网格数据的尺寸和复杂性在逐渐增加，如何进行高效压缩从而合理地节省网络带宽，降低数据传输过程中三维数据的存储空间，成为三维数据研究领域重要而又热门的课题。

以往的研究大多利用网格拓扑的空间相关性，针对静态单个三维网格进行压缩。但是，对于动态的三维网格序列，如果只是应用静态网格压缩算法进行逐帧压缩，而不考虑它们的时间相关性，就只能得到有限的压缩比。

根据网格的拓扑结构，三维网格序列可以分为拓扑同构的网格序列和拓扑异构的网格序列。对于拓扑同构的网格序列，其所有帧各顶点之间的拓扑连接关系是相同的，所以可以利用各帧网格之间的时间相关性进行有效压缩。但是对于拓扑异构的网格序列，由于多是使用专业感知设备捕获的现实世界中的真实对象，其所有帧各顶点之间的拓扑连接关系是不同的，所以只能使用静态网格压缩算法逐帧压缩，无法应用其时间相关性进行有效压缩。

将三维网格通过参数化映射到二维平面，再经过重采样生成与之同构的几何图像，同时使用常用的图像压缩算法进行压缩是目前比较常用的压缩三维网格的方法。针对动态三维网格序列，同样可以逐帧生成与其同构的几何图像序列进行压缩。但是，由于异构三维网格序列各帧的拓扑连接关系不同，生成的几何图像序列不能有效地保持三维网格序列应有的几何相关性，从而导致整体压缩不能达到理想的压缩效率。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种适用于三维网格序列的压缩方法，其适用于各帧拓扑连接不同(即拓扑异构)的三维网格序列的压缩，提高了异构三维网格序列的压缩效率。

本发明的技术解决方案是：这种适用于三维网格序列的压缩方法，该方法包括以下步骤：

(1)利用薄板样条函数TPS对几何图像序列进行非刚性配准，几何图像序列是已知的三维网格序列通过参数化和重采样生成；

(2)使用图像压缩算法JPEG2000压缩步骤(1)配准后的几何图像序列的各帧之间的残差。

由于三维网格序列是按时间顺序变化的动态序列，尽管各帧拓扑连接不同，但原始三维网格序列相邻帧之间的主观差异并不明显，而经过参数化和重采样之后生成的几何图像序列，各相邻帧间会出现较大差异，因此，通过薄板样条函数TPS对几何图像序列进行配准，然后使用图像压缩算法JPEG2000压缩配准后的几何图像序列的各帧之间的残差，这样可适用于各帧拓扑连接不同的三维网格序列的压缩，提高了此类异构三维网格序列的压缩效率。

附图说明

图1是本方法的步骤(1)的流程图。

图2是本方法的步骤(2)的流程图。

图3是本方法、压缩原始几何图像序列方法、配准后几何图像序列方法重建网格的压缩结果比较图。

具体实施方式

这种适用于三维网格序列的压缩方法，该方法包括以下步骤：

(1)利用薄板样条函数TPS对几何图像序列进行非刚性配准，几何图像序列是已知的三维网格序列通过参数化和重采样生成；

(2)使用图像压缩算法JPEG2000压缩步骤(1)配准后的几何图像序列的各帧之间的残差。

由于三维网格序列是按时间顺序变化的动态序列，尽管各帧拓扑连接不同，但原始三维网格序列相邻帧之间的主观差异并不明显，而经过参数化和重采样之后生成的几何图像序列，各相邻帧间会出现较大差异，因此，通过薄板样条函数TPS对几何图像序列进行配准，然后使用图像压缩算法JPEG2000压缩配准后的几何图像序列的各帧之间的残差，这样可适用于各帧拓扑连接不同的三维网格序列的压缩，提高了异构三维网格序列的压缩效率。

如同二维视频可以分解成静态图片作为视频的每一帧，可把动态三维网格序列分解成多帧静态的三维网格。把一个三维人脸网格序列从微笑到严肃的表情分解成10帧，可以看出，由于三维网格序列是按时间顺序变化的动态序列，尽管各帧拓扑连接不同，但原始三维网格序列相邻帧之间的主观差异并不明显。而经过参数化和重采样之后生成的几何图像序列，出现原始三维网格序列部分帧的相似区域映射到不同的参数域位置。因此，利用薄板样条函数(TPS)对几何图像序列进行配准。

定义这样一个映射：

Γ(p)＝pA+kW(1)