面向交互式移動(dòng)三維圖形的網(wǎng)格簡(jiǎn)化與顯示方法研究.pdf

1、近年來，無線網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)計(jì)算、數(shù)字家庭技術(shù)取得巨大發(fā)展，越來越多的基于移動(dòng)計(jì)算技術(shù)的新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，其中也包括了如移動(dòng)三維導(dǎo)航、移動(dòng)產(chǎn)品展示、數(shù)據(jù)可視化、掌上游戲等在內(nèi)的越來越多的交互式移動(dòng)三維圖形應(yīng)用。一方面，人們對(duì)實(shí)時(shí)交互的操縱三維圖形的要求越來越高；另一方面，移動(dòng)計(jì)算終端計(jì)算能力和存儲(chǔ)器容量相對(duì)較低、顯示屏幕較小、電池電量有限等固有特點(diǎn)，都制約著移動(dòng)計(jì)算終端交互的顯示高精度三維圖形的能力。這一矛盾決定了移動(dòng)計(jì)算終端上的交互式三維圖形

2、計(jì)算正成為一個(gè)十分具有挑戰(zhàn)性的課題。 由于移動(dòng)計(jì)算終端計(jì)算能力和存儲(chǔ)器容量相對(duì)較低，且顯示屏幕小、分辨率低，交互式的顯示高精度圖形不可行且并非十分必要。因此，為了實(shí)現(xiàn)交互式移動(dòng)三維圖形的目的，有必要對(duì)三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格簡(jiǎn)化。此外，無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境帶寬相對(duì)較低、可靠性相對(duì)較差，因此針對(duì)移動(dòng)環(huán)境的移動(dòng)圖形傳輸與顯示方式的研究也是十分有必要的。由此可見，研究網(wǎng)格簡(jiǎn)化與移動(dòng)三維圖形的傳輸顯示方法，對(duì)于交互式的移動(dòng)三維圖形應(yīng)用來說有著十分重

3、要的意義。針對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和移動(dòng)計(jì)算終端固有的特點(diǎn)，本文研究了三維網(wǎng)格圖形的簡(jiǎn)化方法和移動(dòng)三維圖形的漸進(jìn)式傳輸與重構(gòu)顯示方法，為移動(dòng)計(jì)算環(huán)境下的交互式三維圖形應(yīng)用提供了切實(shí)可行的支撐方案。 本文提出一個(gè)基于單位法向量變化的特征保持的邊折疊簡(jiǎn)化方法。該方法以邊折疊為基礎(chǔ)，通過量化邊折疊對(duì)模型外觀的影響，并在進(jìn)行邊折疊時(shí)選擇對(duì)模型外觀影響較小的頂點(diǎn)進(jìn)行移除，提出了一個(gè)基于單位法向量變化的用于三角形網(wǎng)格簡(jiǎn)化的邊折疊策略：此外，為了在簡(jiǎn)

4、化時(shí)更好的保持三維模型的外觀特性，通過識(shí)別出模型的特征點(diǎn)以及邊界點(diǎn)的方式，提出了一個(gè)三維圖形關(guān)鍵特征的識(shí)別及保持策略。根據(jù)所提出的邊折疊策略和特征保持策略，形成一個(gè)完整的基于I單位法向量變化的特征保持的邊折疊簡(jiǎn)化方法，實(shí)現(xiàn)了任意三角形網(wǎng)格模型的漸進(jìn)式簡(jiǎn)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本簡(jiǎn)化方法可以在保持模型外觀的同時(shí)有效的降低模型的數(shù)據(jù)規(guī)模，從而為在移動(dòng)計(jì)算終端上交互式的顯示三維圖形提供基礎(chǔ)。 本文提出一個(gè)基于Kobbelt細(xì)分逆過程的高效圖

5、形簡(jiǎn)化方法。該方法根據(jù)Kobbelt四邊形插值型細(xì)分方法的思想，構(gòu)造利用其細(xì)分逆過程進(jìn)行的漸進(jìn)式簡(jiǎn)化：分析可以令四邊形網(wǎng)格模型進(jìn)行簡(jiǎn)化的條件，通過利用已知偶點(diǎn)遞歸尋找其余所有偶點(diǎn)的方式，提出了對(duì)奇偶頂點(diǎn)進(jìn)行分裂的算法；通過利用將要移除的奇點(diǎn)中的面點(diǎn)聯(lián)系其外圍四個(gè)偶點(diǎn)的方式，提出了重建四邊形的算法。結(jié)合所提出的奇偶頂點(diǎn)分裂算法和四邊形重建算法，形成一個(gè)完整的基于Kobbelt細(xì)分逆過程的高效圖形簡(jiǎn)化方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)四邊形網(wǎng)格模型的漸進(jìn)式簡(jiǎn)化

6、。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本簡(jiǎn)化方法可以進(jìn)行大幅度的四邊形網(wǎng)格圖形簡(jiǎn)化，為需要進(jìn)行大幅度簡(jiǎn)化的交互式移動(dòng)三維圖形應(yīng)用提供基礎(chǔ)。 本文提出了兩種移動(dòng)三維圖形漸進(jìn)式重構(gòu)顯示的方法，分別是一種適用于多種簡(jiǎn)化算法的重構(gòu)顯示方法，以及一種針對(duì)邊折疊簡(jiǎn)化方式的更高效的重構(gòu)顯示方法。前者通過漸進(jìn)式的讀取細(xì)節(jié)文件信息，把其中的頂點(diǎn)信息與簡(jiǎn)化模型中的頂點(diǎn)信息相結(jié)合，再加入原模型的面的信息，來漸進(jìn)式的重構(gòu)網(wǎng)格模型。后者通過讀取基網(wǎng)格文件以及各層次的細(xì)節(jié)文件，

7、漸進(jìn)式的更新兩個(gè)顯示數(shù)組中的幾何元素?cái)?shù)據(jù)，來漸進(jìn)式的重構(gòu)顯示網(wǎng)格模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這兩種漸進(jìn)式重構(gòu)與顯示方法運(yùn)行快速，非常適合移動(dòng)計(jì)算終端計(jì)算資源受限、電池電源有限的特點(diǎn)，為交互式移動(dòng)三維圖形的顯示提供了良好的方案。 以上的簡(jiǎn)化方法和移動(dòng)三維圖形漸進(jìn)式重構(gòu)顯示方法結(jié)合起來，共同形成一個(gè)網(wǎng)格簡(jiǎn)化--漸進(jìn)式傳輸--移動(dòng)三維圖形漸進(jìn)式重構(gòu)顯示的綜合應(yīng)用架構(gòu)，共同實(shí)現(xiàn)了本文的交互式移動(dòng)三維圖形的目的。隨著移動(dòng)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)三維圖