网格模型化简综述’.pdf

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1、一一《洲叉。软件学报,、’网格模型化简综述何晖光,田捷,张晓鹏,赵明昌,李光明中国科学院自动化研究所人工智能实验室,北京一、传输、处理以摘要网格模型的化简对于其存储及实时绘制有着重要的意义对国内外在这一领域的工作成果进行了较为系统的介绍,并对各方面典型算法的优缺点进行了分析,最后对这一技术的发展进行了展望关键词网格模型化简多分辫率模型层次细节模型中图法分类号文献标识码随着科学技术的进步,在计算机图形学、虚拟现实、计算机辅助设计技术、地理信息系统、医学图像系统、,,等领域所构造和使用的模型越来越精细越来越复杂这些复杂的模型动辄

2、就产生数以百万计的面片而斯坦福大学的数字米开朗基罗计中著名的大卫雕像的三角面片更是高达、、、【‘处理速度亿这些复杂的模型对计算机的存储容量绘制速度传输效率等都提出了很高的要求然而在很多情况下,高分辨率的模型并不总是必要的,模型的准确度以及需要处理的时间也要有一个折衷,因此必须用一些相对简单的模型来代替原始模型,这就是对模型进行简化模型化简是指在保持原模型几何形状不变的前提下,采用适当的算法减少该模型的面片数、边数和顶点数化简对于几何模型的存储、传输、处理,特别是对实时绘制有着重要的意义早在世纪年代,就有学者讨论网格模型的化简

3、问题,然而直到年代以后,网格化简才得到深入的研究,并有了很多成功的应用,网格模型化简算法分类有多种如根据拓扑结构是否保持可以分为拓扑结构保持形,和非拓扑结构保持形,根据模型简化的过程可以分为逐步求精,和几何化简降川根据误差可控性可分为误差受限和误差不’,受限根据视点相关性可以分为视点无关的化简,和视点相关的化简‘需要说明的是,这些分类方法都难以囊括所有的化简算法,同时有很多算法彼此交叉本文首先介绍面片化简的原则和误差测度,然后从静态化简到动态化简这个顺序分别介绍各种算法,因为这种顺序体现了化简算法发展的过程化简原则和误差测度

4、由于网格模型大部分由三角面片表示,而且即使原始模型不是三角面片,也可以对其进行三角化,因此网格模型简化的本质是在尽可能保持原始模型特征的情况下,最大限度地减少原始模型的三角形和顶点的数目它通常包括两个原则顶点最少原则,即在给定误差上界的情况下,使得简化模型的顶点数最少误差最小原则,给定简化模型的顶点个数,使得简化模型与原始模型之间的误差最小「’一一一一收稿日期修改日期基金项目国家自然科学基金资助项目作者简介何晖光一,男,湖北麻城人,博士,助理研究员,主要研究领域为模式识别与图像处理,计算机图形学田捷,,,,,,,一,一男安徽

5、芜湖人博士研究员博士生导师主要研究领域为模式识别与智能系统计算机网络与多媒体张晓鹏男,陕西西安人,博士,副研究员,主要研究领域为计算机图形学,科学可视化,虚拟内窥镜赵明昌一,男,河南郑州人,博士生,主要研究领域为计算机图形学,科学可视化李光明一,男,山东荷泽人,博士生,主要研究领域为计算机图形学,科学可视化为执软件学报,误差测度是用来量化输入模型和输出模型的差异,它引导模型化简,使得化简后的误差在用户允许误差范‘围之内误差测度包括外观相似测度和几何误差测度外观相似测度用来计算原始模型与简化模型投影到视平面的差异,它最符合人们

6、的视觉习惯,但由于它需要从各个视点进行采样,计算量大,因此在实际应用中通常用几何相似测度来代替一个经常用到的几何误差测度被定义为,“·‘,“·一、,,,一〔二,,”一其中表示一个顶点到一个模型的距离,是两个向量的欧氏距离,这个误差用黔来测量两个模型之间的最大偏差,同样两个模型之间的平均偏差可以定义为·,,·‘,,“‘户·‘、“‘“几了了击贵在这里,和分别是和从的面积几何相似测度还有一些其他类型的表述如利用点到平面的平均距离作为局部误差测度来控制顶点的删除’,周晓云利用特征角度作为误差测度,采用的是曲率度量静态化简方法早期的模

7、型简化算法大多属于静态化简,它是根据一定的精简原则,由复杂模型构造出简单模型用于绘制,它只考虑模型自身的信息,与视点无关,也不能恢复原模型的信息静态化简也可以构造多分辨率模型,但是它要事先存储多个不同分辨率的近似模型,需要占用较多的内存,而且在不同分辨率的模型进行切换的时候,由于相邻两层模型之间的面片数差别较大,因此会引起跳跃的感觉一静态化简方法主要包括第节第节所述的几种方法顶点聚类法‘,先用顶点聚类方法嗜一个包围盒将原始模型包围起来,然后通过空间划分将包围盒分成若干个区域,这样,原始模型的所有顶点就分别落在这些小区域内,将

8、区域类的顶点合并成一个新顶点,再根据原始网格的拓扑关系对这些新顶点进行三角化,就得到简化模型,其过程如图所示这是一种通用的不保持拓扑结构的简化算法,它可以处理任意拓扑类型的网格模型,且速度较快,化简前化简后由于这个方法是将模型的包围盒均匀分割所以无法保七持那些大于分割频率的特征同时新顶点的