[发明专利]一种三维图形自动简化生成方法

说明书

本发明公开了一种三维图形自动简化生成方法，包括：(1)在预处理三维图形的基础上，通过对三维图形中几何变化显著的位置引入虚拟边界，并将所述虚拟边界的边界约束添加至对应顶点的二次误差矩阵中；(2)对边进行预检查以确定所述边对应面片的法向变化程度，并根据所述法向变化程度与所述边的二次误差矩阵确定边的简化优先级；(3)按照简化优先级，迭代收缩最小二次误差对应的边，并更新对应影响的边的二次误差矩阵和简化优选级，满足迭代终止条件后，输出自动简化生成的三维图形。方法在平衡简化率与简化质量上具有突出的进步。

技术领域

本发明属于图形学几何分析领域，尤其涉及一种三维图形自动简化生成方法。

背景技术

随着计算机图形学与计算机视觉技术的发展，三维模型的应用场景越来越广。而随着模型精度的提高，无论是存储、传输还是渲染方面，都会消耗大量的资源。很多场景下，我们对三维模型的需求只是满足视觉上的一个大致显示，并不需要太高的精度。如随着WebGL技术的发展，人们可以将很多的操作移植到浏览器端，构造出一个复杂的交互应用。但很多情况下因为模型的过于复杂导致整个应用变得非常卡顿，对模型进行一定程度的简化就可以很有效地缓解这个问题。

实际上，对于模型简化的研究工作可以追溯到上世纪90年代。其中最经典的是基于边折叠(Edge Collapse)的方法，而以Garland等人提出的基于二次误差(Quadric ErrorMetric)模型简化方面的工作最为有影响力。后续模型简化方面的工作也基本在此基础上进行改进。

然而，现有的这些方法依然有一些不足之处：

(1)对于一些尖锐的薄面处理上，Garland等人虽然在后面的工作中把几何边界约束加入到误差的考虑范畴中，但对于非几何边界的尖锐薄面，原始的QEM方法依然不能很好地处理，会导致尖锐面被“压平”。

(2)由于QEM方法是基于点到面的几何距离来定义二次误差，对于那些二次误差为0，但可能会导致模型面片法向翻转的情况，依然会纳入简化的候选列表中，显然这种情况应该要避免掉。究其原因在于，QEM方法会将所有的候选集合维护在一个优先队列中，优先级直接定义为二次误差越小，优先级越高，这样带来的问题在于很多情况下，二次误差虽然很小，但由于会导致简化结果糟糕，所以其对应的优先级应该非常低。

(3)对于那些带纹理和法向信息的模型，现有技术中主要将纹理与法向信息加入到二次误差对应的误差矩阵中，将原来三维矩阵扩展到高维进行优化求解，导致计算时间大幅增加。

(4)现有技术中，只能通过对比它与原始模型的Hausdorff距离来判断是否简化结果合理。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种三维图形自动简化生成方法。该方法将二次误差归一化到同一个尺度，定义相应的合理指标，使得自动的简化控制成为可能。

本发明实施方式提供的一种三维图形自动简化生成方法，包括以下步骤：

在预处理三维图形的基础上，通过对三维图形中几何变化显著的位置引入虚拟边界，并将所述虚拟边界的边界约束添加至对应顶点的二次误差矩阵中；

对折叠边进行预检查以确定所述折叠边对应面片的法向变化程度，并根据所述法向变化程度与所述折叠边的二次误差矩阵确定边的简化优先级；

按照简化优先级，迭代收缩最小二次误差对应的边，并更新所有关联面片对应的边的二次误差矩阵和简化优先级，满足迭代终止条件后，输出自动简化生成的三维图形。

与现有技术相比，本发明具有的优点为：