移動網(wǎng)絡(luò)上細(xì)分圖形的簡化與傳輸方法的研究.pdf

1、人們對移動通信應(yīng)用的需求推動了移動通信技術(shù)的發(fā)展，至今移動通信技術(shù)已走過了兩代的歷程，即八十年代的第一代模擬技術(shù)和九十年代的第二代窄帶數(shù)字技術(shù)。近些年來，隨著無線通信寬帶化技術(shù)的突破，移動通信技術(shù)正在向以CDMA為基礎(chǔ)，以寬帶化通信為特征的第三代技術(shù)發(fā)展。移動通信技術(shù)的發(fā)展帶動著移動設(shè)備(如移動電話、PDA、PocketPC、Palm-SizePC、智能手機(jī)等)的普及，這些設(shè)備已成為人們必不可少的隨身物品。移動設(shè)備與無線網(wǎng)絡(luò)的各種應(yīng)用需

2、求從廣度與深度上日益擴(kuò)大與提高，特別是在移動網(wǎng)絡(luò)上傳輸三維圖形圖像數(shù)據(jù)及在有限的顯示屏上顯示高質(zhì)量圖形圖像的需求日益迫切。在不久的將來，移動設(shè)備在3DGPU、精細(xì)LCD等硬件的支持下，借助3DAPI實(shí)現(xiàn)移動應(yīng)用的3D化將成為可能。這類應(yīng)用包括3D游戲、3D用戶界面、3D地圖和3D建模等。移動三維圖形處理在近幾年已成為計算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的一項重要研究內(nèi)容。同時，細(xì)分方法在三維圖形建模與應(yīng)用上越來越普及，是計算機(jī)圖形學(xué)的熱點(diǎn)研究內(nèi)容。但一般三

3、維模型都由復(fù)雜、大量的三角形面片構(gòu)成，在模型數(shù)據(jù)存取、傳輸及顯示上都將耗費(fèi)巨額的資源。在窄帶寬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境特別是移動網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中直接傳輸如此大量的數(shù)據(jù)在實(shí)踐上并不可行。而且，由于移動設(shè)備固有的資源有限及顯示屏細(xì)小等特點(diǎn)，三維圖形在其上的顯示質(zhì)量受到很大限制。為了解決這些問題，本文開展了移動網(wǎng)絡(luò)上的細(xì)分圖形簡化與傳輸方法的研究。 本文從國內(nèi)外最新的研究成果入手，結(jié)合國內(nèi)移動網(wǎng)絡(luò)發(fā)展情況，提出新的思路和方法。通過實(shí)現(xiàn)相關(guān)的算法，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)

4、果與數(shù)據(jù)驗(yàn)證新方法的可行與有效性，同時跟據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果反復(fù)對新方法進(jìn)行改進(jìn)。本文的成果主要是提出了任意三維網(wǎng)格逆蝶形細(xì)分多分辨率分析方法，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜模型的簡化與漸進(jìn)表示，同時提出在移動網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中圖形的漸進(jìn)傳輸方法、基本協(xié)議和算法。 本文的主要創(chuàng)新點(diǎn)及貢獻(xiàn)體現(xiàn)在以下三個方面： 移動圖形應(yīng)用中常常用到三維網(wǎng)格，為提高移動設(shè)備上圖形的顯示質(zhì)量，本文提出了一種簡單高效的任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三維網(wǎng)格的簡化與還原方法。在每次簡化的迭代過程中，先將

5、原復(fù)雜網(wǎng)格的頂點(diǎn)集劃分為奇點(diǎn)與偶點(diǎn)兩子集：奇點(diǎn)消去，偶點(diǎn)保留。在消去奇點(diǎn)前，應(yīng)用蝶形細(xì)分模式先將奇點(diǎn)的偏移值算出，作為原網(wǎng)格的細(xì)節(jié)信息保存下來，用于無損還原復(fù)雜網(wǎng)格。在消去奇點(diǎn)、用偶點(diǎn)構(gòu)造粗網(wǎng)格后，需要對粗網(wǎng)格頂點(diǎn)作補(bǔ)償操作，使粗網(wǎng)格盡可能逼近原網(wǎng)格。經(jīng)多次簡化迭代后將得到最粗的基本網(wǎng)格，和每次迭代所得的細(xì)節(jié)信息序列一起，形成原復(fù)雜網(wǎng)格的一種漸進(jìn)表示。因簡化過程與蝶形細(xì)分的網(wǎng)格細(xì)化過程相反，本文稱此方法為逆蝶形細(xì)分方法。 在逆蝶

6、形細(xì)分簡化與漸進(jìn)表示等多分辨率分析研究的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)行了移動網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中三維幾何網(wǎng)格的傳輸方法研究。針對有線網(wǎng)絡(luò)鏈路的擁塞或無線鏈路的信道衰竭等原因造成的丟包現(xiàn)象，本文提出了漸進(jìn)網(wǎng)格的嵌入式編碼方法，先以重要程度為序?qū)W(wǎng)格數(shù)據(jù)構(gòu)造嵌入式位流，再對位流中具不同優(yōu)先級別的數(shù)據(jù)包添加不同的額外錯誤恢復(fù)位，以實(shí)施不同程度的錯誤恢復(fù)編碼。在有線網(wǎng)絡(luò)到無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸過程中，先用較高錯誤恢復(fù)機(jī)制保證基本網(wǎng)格的傳輸正確與完整。對其他不同層次的網(wǎng)格細(xì)節(jié)信

7、息的傳輸，則可應(yīng)用較弱的保護(hù)機(jī)制。層次較高的細(xì)節(jié)信息即使丟失也不會對網(wǎng)格模型的渲染顯示造成大的影響，位流的嵌入式屬性使網(wǎng)格模型能顯示到直到細(xì)節(jié)缺失處的精度。此外，本文還給出了移動網(wǎng)絡(luò)上的幾種多媒體圖形圖像傳輸?shù)膽?yīng)用協(xié)議。 逆蝶形細(xì)分方法與其他基于細(xì)分的簡化方法一樣，盡管對任意拓?fù)涞木W(wǎng)格均適用，但這些方法有一個局限性，即要求復(fù)雜網(wǎng)格滿足一定的約束條件。而具細(xì)分連通性是網(wǎng)格能進(jìn)行逆細(xì)分簡化的充分條件。因此，本文提出了一種基于調(diào)和映射

8、理論的參數(shù)化方法，對任意網(wǎng)格進(jìn)行蝶形細(xì)分重采樣，使其具備細(xì)分連通性。先對任意網(wǎng)格劃分為類Voronoi圖的區(qū)域，應(yīng)用局部調(diào)和映射，得到對偶的Delaunay三角形區(qū)域。再對區(qū)域頂點(diǎn)構(gòu)成的基本網(wǎng)格，進(jìn)行調(diào)和映射全局參數(shù)化。最后對基本網(wǎng)格進(jìn)行迭代蝶形細(xì)分采樣，直至采樣網(wǎng)格與原網(wǎng)格的誤差達(dá)到要求的臨界值為止。另外，本文還提出另一種不使用調(diào)和映射的法向位移重采樣方法。由這些方法得到的采樣網(wǎng)格具備細(xì)分連通性，可以應(yīng)用逆蝶形細(xì)分進(jìn)行多分辨率分析，得