几何模型数据压缩及虚拟场景实时显示技术研究

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1、几何模型数据压缩及虚拟场景实时显示技术研究纪庆革浙江大学CADCG国家重点实验室2001.10.30几何模型数据压缩及虚拟场景实时显示技术研究绪论基于细分网格的数据压缩方法基于视点的网格简化算法基于视觉敏锐度的实时显示技术虚拟环境实时显示仿真系统结论绪论本文研究内容的必要性分布式虚拟环境研究概况基于渐进网格的传输方法综述几何模型数据压缩综述实时显示方法的研究概况本文完成的主要工作及其意义本文研究内容的必要性在分布式虚拟环境系统中有时需要快速传输几何数据，基于渐进传输的多分辨率几何数据压缩技术能够较好地解决这种大数据集的传输问题。对于复杂的动态交互场景，当前的高档图形工作站也难以保证

2、实时地显示十分真实的图象。由于实时交互始终是分布式虚拟环境技术中一项基本要求，因此，一种普遍接受的方法是通过牺牲部分渲染图象的真实性，来换取整个系统的交互实时性。细节层次模型(简称LOD)管理是实现实时显示技术的一项重要工具，为了获得LOD模型，需要对几何数据进行简化。有了LOD模型，就可以应用各种显示策略实现分布式虚拟环境中虚拟场景的实时显示。本文主要研究了分布式虚拟环境中信息压缩及实时显示技术。基于渐进网格的传输方法综述通过对一给定网格（原始网格）进行某种变换，将其表示为一个很小的基本网格和一系列逐渐精细的细节信息的形式，这些细节信息能够为原始网格的精确（或近似）重建提供全部信

3、息，本文将这种表示形式的网格数据称为渐进网格。渐进网格表示方法有利于多分辨率模型的存储和传输。在分布式虚拟环境中，交互的实时性是一项非常重要的指标。如果用户在交互之前等待正在传输的一幅精细的模型数据，势必造成用户时间的极大浪费，且很难保证交互的实时性。渐进传输就是在这种背景下提出的。几何数据压缩与简化综述在分布式虚拟环境中有时需对几何模型进行传输，通常几何模型数据量非常大，因此，必须对之进行压缩。几何数据压缩技术是为了解决大数据集的传输或存储而发展起来的实用技术。几何模型可分为单分辨率模型和多分辨率模型，因此，几何模型的数据压缩可分为单分辨率模型的几何数据压缩和多分辨率模型的几何数

4、据压缩。下面分别进行介绍。单分辨率模型是指几何实体的某一层次细节的多边形网格表示形式，如果缺少该模型中任何一部分数据，则无法对该实体轮廓有一完整理解。单分辨率几何数据压缩是指对实体的某一层次细节的网格数据进行压缩。下面三种方法是比较有代表性的算法：(1)基于通用三角形网格的几何压缩(2)三角网格连接关系实时压缩算法(3)基于拓扑手术方法的几何压缩算法单分辨率模型的几何数据压缩综述多分辨率模型的几何数据压缩综述多分辨率模型是指几何实体的多个层次细节网格表示形式，相当于该实体的多个不同分辨率模型的集合。多分辨率模型又可分为离散多分辨率模型和连续多分辩率模型两种。对复杂网格进行简化，得到

5、不同细节层次的多个三角网格模型，称之为离散多分辨率模型。连续多分辨率模型则是一种紧凑的模型表示方法，可生成任意多个不同分辨率的模型。基于这两种不同模型，面向多分辩率模型的压缩又可分为面向离散多分辨率模型的压缩和面向连续多分辨率模型的压缩。模型简化是几何数据压缩的基础。因此，下面首先介绍模型简化技术。层次细节模型数据简化技术综述网格简化算法可以被简单地划分为以下三类：（1）顶点去除(vertexdecimation)；（2）边折叠(edgecollapse)；（3）三角形折叠(trianglecollapse)。其中有代表性的算法有下面几种:（1）顶点聚类（2）区域合并（3）顶点抽取

6、（4）迭代塌陷（5）小波分析方法图1-5边塌陷连续多分辨率模型的几何数据压缩综述多分辨率分析是支持压缩、渐进传输和复杂网格的LOD控制的基础工具，其中心思想是分解函数到低分辨率部分和一系列增加分辨率的修正项。网格的多分辨率数据压缩表示通常是由基本网格和提供丢失细节的修正项序列组成。下面两类是比较有代表性的算法:（1）基于小波分析的压缩方法（2）累进森林拆分压缩方法实时显示方法研究综述对于复杂的动态交互场景，为了使交互可视化达到实时性要求，需保证指定用户的目标幀速率。所谓实时显示方法，是指通过牺牲部分渲染图象的真实性，来换取整个系统的交互实时性的一种显示策略。几种有代表性的方法:（1

7、）可见度判别方法（2）细节省略方法（3）自适应细节省略方法（4）定向凝视的自适应渲染方法（5）封闭选择（occlusionculling）方法基于细分网格的数据压缩方法必要性细分网格概念带有细分连通性的多分辨率模型的获取基于细分网格的数据压缩方法近似细分网格的重建及仿真实验结果本章小结对多分辨率模型数据压缩的研究很多，其中较有代表性的是下面介绍的两种方法。Eck多分辨率表示方法优点：能快速、连续地通过一种紧致的表示来获得多面体的多分辨率模型。缺点：没有利用正则曲面光