[发明专利]一种基于特征保留的三维模型递进传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及到三维模型简化、几何压缩编码以及递进传输等方面的技术领域，特别是一种保留特征的三维模型递进传输方法，可应用于多种具有复杂纹理和结构特征的三维模型处理和网络发布。此外，也应用于数字博物馆中珍贵文物的网络发布。

背景技术

在计算机图形学中，一般使用三角形网格描述复杂的三维形体。随着三维数据捕获技术的不断进步，网格的数据量会非常庞大，这给三维模型的存储、传输和绘制都带来许多困难。数字博物馆中包含了大量的三维模型需要在网上展示，最基本的如单个模型展品的传输，复杂的如大型场景的实时漫游，都需要解决网络传输的瓶颈限制。

传统的单分辨率模型的网络传输采取先下载后显示(Download-and-Display)模式，即将三维模型的所有相关数据都下载到客户端之后再显示。这种方式的不足之处在于用户等待时间太长。对此的改进是由Hoppe提出的递进网格方法(参见Hoppe H.Progressive Meshes.ACMComputer Graphics，1996，30(1)：99-108)，即首先采用顶点删除(参见Schroeder W.Decimation of Triangle Meshes.Computer Graphics，1992，26(2)：65-70)、二次误差(参见Garland M.Surface Simplification usingQuadric Error Metrics.Computer Graphics，1997，31(3)：209-216)等模型简化算法来得到多分辨率模型，并在简化过程中记录每一步操作，从而将原始网格模型分解成一个粗糙的基网格和一系列可对基网格进行逆向恢复的细节优化信息；在传输过程中，首先传送基网格到客户端并显示，然后再逐渐的传输细节优化信息，对最初的粗糙模型进行细化；这样一种无损的模型重构和编码方法，能够在很短的时间内给用户响应，并且可以随时停止传输，这是一种边下载边显示(Download-while-Display)模式的递进传输方法。

对于递进网格方法，之后也有了很多方法进行改进，然而，这些方法大多是针对比较规整、不含属性的几何模型来进行处理的，并不涉及纹理等属性信息，而且不支持三维场景。在实际应用领域，无论是单个模型还是三维场景，不仅含有几何、拓扑信息，而且常常包含颜色、纹理等属性，并且不可避免地存在边界和孔洞，因而需要采用合适的方法，在简化的同时保留这些特征信息。此外，许多方法都是仅仅利用模型简化来得到递进网格文件，并没有再对模型数据进行进一步的压缩，如果能将递进网格和压缩编码结合起来，重新构造模型文件，将更有利于减小模型数据量，提高模型传输浏览的实时响应。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于特征保留的三维模型递进传输方法，该方法基于特征保留，即在处理过程中保持原始模型拓扑性质及纹理或颜色属性特征，且对模型真实感保持性高，对网络带宽和客户端机器性能要求低，并支持三维场景的递进传输。

本发明的技术解决方案：一种基于特征保留的三维模型递进传输方法，其特征在于包括下列步骤：

(1)对原始网格模型进行保留特征的简化，形成粗糙基网格；

(2)对基网格实施八叉树压缩编码，形成递进网格文件；

(3)采用Browser/Server结构下八叉树解码-递进网格传输的递进传输模式；

(4)在上述步骤的基础上采用面向对象的视点相关传输策略传输三维场景。

在简化中采用了保留拓扑边界及纹理或颜色属性的三角形折叠方法，主要操作步骤为：

(1)对原始三角形网格进行分类：边界三角形、角点三角形、内部三角形、特征三角形；

(2)根据三角形的分类，采用不同的误差度量方法：