大规模网格简化与自适应等值面生成算法研究

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1、大规模网格简化与自适应等值面生成算法研究(申请清华大学工程硕士专业学位论文)培养单位：软件学院工程领域：软件工程申请人：侯涛指导教师：陈莉副教授二○一三年六月大规模网格简化与自适应等值面生成算法研究侯涛ResearchonMassiveMeshSimplificationandAdaptiveIsosurfacesGenerationThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfortheprofessionaldegreeofMasterofEngineeringbyHouTao(S

2、oftwareEngineering)ThesisSupervisor:AssociateProfessorChenLiJune,2013关于学位论文使用授权的说明本人完全了解清华大学有关保留、使用学位论文的规定，即：清华大学拥有在著作权法规定范围内学位论文的使用权，其中包括：（1）已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文；（2）为教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所供校内师生阅读，或在校园网上供校内师生浏览部分内容。本人保证遵守上述规定。（保密的论文在解密后遵守此规定）作者签名：导师

3、签名：日期：日期：摘要摘要大规模网格模型对简化算法提出了挑战，很多不同的技术都试图在大数据的外存访问效率和网格的简化质量中间取得平衡，有的方法只顾及了一方面，有的能做到两者兼顾。本论文的方法能兼顾大数据访问效率和简化质量，相比同类型的方法，它只需要对网格做一次处理，且能处理输出网格无法载入内存的情况。本论文的方法对网格中顶点而非三角形进行分片，同时所使用的边收缩操作对分片中顶点的拓扑结构改变可以保持在分片之内，边界简化因此变得可能。在一次简化处理之内，简化的网格在分片边界处不会出现密度不一致的情况，因此不需再做处理。经测试表明，本论文的算法能够在较短的时间内提供和内存简化算法相比拟

4、的简化质量。有些体数据生成的等值面过大，超过了内存的装载能力。如果将这些网格完全生成出来再使用out-of-core简化，会使得整个处理过程耗时过长。本论文提出了在内存中生成一部分等值面就进行简化的方法。以往同类型的方法因为需要不断输出简化的网格使简化质量打了折扣，且它们对顶点何时退出生成边界的判断没有充分考虑体数据本身的特性。本论文的方法在内存中保持了一个全局的简化操作最优队列，尽量保证他们能够得到更多比较；并结合体数据生成的特点，来指导算法获知顶点何时离开生成边界，使得简化过程内存占用较小且具有可预测性。本论文还在生成过程中对等值面的拓扑关系进行了重建。经测试，本论文的算法能够

5、在较短时间内产生类似于高质量内存简化的结果。直接对体数据进行自适应的等值面生成能够对等值面进行自动简化，但大部分自适应等值面生成算法无法保证生成的网格流形且无自交。有一种基于对体数据八叉树单形分割的串行算法能够解决这个问题。本论文在原先串行单形分割算法的基础上，对分割方法做了简化以减少体数据函数近似产生的误差，并对它做了并行的改进。本论文算法的主要贡献是提供了一套完整的基于GPU并行的八叉树建立与最小边查找方法。它自顶向下分层建立八叉树，并在查找最小边的时候，将当前一层边的分割结果与当前一层八叉树节点所展开的新边、当前一层面分割所引入的新边一起加入到下一层待分割的边中。在实际测试中

6、，本论文的算法能够产生流形且无自交的自适应等值面，并在处理大规模数据时获得了相对于串行算法较高的加速比。关键词：大规模网格；网格分片；流式处理；单形分割；并行八叉树59AbstractAbstractInthispaper,wefirstproposeasimplificationalgorithmformassivemeshesbasedoncuttingthemeshintopiecesbypartitiontheverticesinsteadofthetriangles.Thetrianlgeboundariesgeneratedbythevertex-seperatinga

7、pproachneednotbepreservedduringthesimplificationofeachpiece.Theedgecollapseoperatorweusecankeepthetopologychangeofeachmeshpieceindependentfromtheothersautomatically,whichmakesitpossibleforthebounadariestobesimplified.Suchanalgorithmneed