[发明专利]渐进的3D网格编码方法和设备

说明书

本发明涉及三维(3D)网格数据的编码，更具体地说是涉及采用对于用在运动图象专家组-4合成和自然混合编码(MPEG-4SNHC)、虚拟现实模型语言(VRML)等的领域中的三维(3D)网格数据的拓扑手术的渐进的编码方法和设备。

在由3D网格数据构成的3D对象的发送中，非常重要的是渐进地恢复发送的数据以及有效地编码3D网格数据。在由于发送通路错误而产生了数据错误的情况下，一种渐进恢复将使发送的数据能够被部分地恢复并使需要再发送的网格数据量达到最小。对于抵抗这种通信通路错误非常有效的渐进恢复方法，可被有效地用于无线通信或低发送速率的通信。

在传统的3D网格数据编码方法中，由于网格数据是连续编码的，几乎不可能在整个比特流被接收之前进行部分恢复。另外，由于发送期间的产生的发送通路错误，即使只有部分的数据受到了损坏，数据的整个比特流也必须被重新接收。例如，IBM公司提出的ISO/IECJTC1/SC29/WG11MPEG98/W2301，“MPEG-4 SNHC验证模型9.0”当前作为MPEG-4 SNHC 3D网格编码技术而得到采用。

在MPEG-4 SNHC中，网格编码是基于VRML设计的。在VRML中，以节点形式对网格进行描述，将其称为IndexedFaceSet。用于编码网格数据的一种主要技术，是IBM公司提出的拓扑手术(topological surgery)。根据这种技术，假定任何给定的网格在拓扑学上都与球相同。随后，该网格被沿着给定的切割边缘切割，以产生具有二叉树结构的一种三角跨越图(triangle spanning graph)。在此，为切割网格而限定的切割边缘是这样配置的，即它连接网格的顶点，即它是以具有环的树结构的形式给出的。这种切割边缘被称为顶点跨越图(vertex spanning graph)。因此，两种树结构，即三角跨越图和顶点跨越图，得到编码/解码，从而无损失地恢复原来的网格。

根据MPEG-4 SNHC，虽然在一个VRML文件中可能有多个IndexedFaceSet，对一个IndexedFaceSet的单元通常进行压缩。然而，单个的IndexedFaceSet可由若干相连的成分形成。换言之，假定能够连接顶点的一组多边形是一个相连的成分，IndexedFaceSet可由若干个相连的成分构成。

一般地，对于快速曲线图处理，必须以三角为单位进行模型化处理。这些三角不是随机形成的，而是较好地被彼此连接成条或扇形。另外，重复代表的符号越多，可压缩性就越好。因此，IBM公司，考虑到快速的曲线图处理和更好的可压缩性，提出了由单个的长三角条形成的网格。

图1A至1F显示了在三角网格的一个例子中传统的用于生成顶点跨越图和三角跨越图的步骤。图1A和1D显示了用于沿着粗线画出的切割边缘切割网格的方法。图1B显示了切割边缘的总体格式。图1E显示了沿着图1B所示的切割边缘进行切割所产生的边缘和顶点的配置。图1C显示了通过连接参照切割点的顶点而形成的顶点跨越图。图1F显示了一种三角跨越图，其中条形是通过沿着顶点跨越图切割网格而形成的一组相连的三角。另外，如果三角跨越图是借助图1A至1F所示的方法产生的，三角跨越图中两个分支行程之间的行程的长度变得比其他的要短很多。

图2A至2D显示了应用于实际网格数据的拓扑手术技术的一个例子。在一种顶，点跨越图中，一个分支可被分成若干个分支。图3显示了具有一个环的顶点跨越图的一个例子，其中一个顶点行程返回到前面的顶点之一的位置。由于网格可由若干相连的组分形成，形成网格的各个相连的成分生成了如图1F所示的一对顶点跨越图和图1C所示的三角跨越图。因此，如果单个的IndexedFaceSet得到编码，就能够获得几对跨越图和顶点跨越图。

用于恢复由上述方法编码的数据的方法如下：

1.利用一个顶点跨越图生成一种界定环。

2.当在三角跨越树中分出的一个三角的第三个顶点被称为Y顶点时，该Y顶点利用三角跨越树的比特流进行计算。

3.利用三角跨越图的三角推进比特，生成三角或多边形。

利用顶点跨越图和三角跨越图的算术编码的无损失压缩已经由IBM公司提出。然而，根据这种方法，为了重组原来的结构，所有的比特流必须被输入，且产生了以下的问题：

1.由于所有比特流必须被输入以解码数据，在发生发送错误的情况下，所有的比特流都必须被重新发送。

2.当压缩数据的幅度大时，完全发送数据所需的时间很长，且用户在此时间中必须等待。

为了克服传统技术的缺点，以下功能必须得到满足。