[发明专利]三维网格编码、解码方法及编码、解码装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维网格编码、解码方法及编码、解码装置，尤其涉及一种基于几何图像预测法向量纹理图像的编码、解码方法及编码、解码装置，属于三维网格压缩编码领域。 

背景技术

三维网格数据的规模和复杂程度在急剧增长，应用也越来越广泛，但是网络带宽的限制严重阻碍了它的传播，仅仅通过增加硬件设备已不能解决这一问题，对三维网格数据的压缩编码技术的研究正是为了解决这一问题。 

三维网格数据的静态压缩方法解决了CPU(Central Processing Unit；简称为：CPU)和显卡之间的传输瓶颈，但是这种方法是在所有的网格数据全部传输完之后才显示整个三维网格，用户通常需要等待很长的时间才能看到整个画面。渐进式的传输模式通过先传输一个低精度的三维网格使用户很快的看到一个大致的轮廓，然后随着传输的进行显示精度更高的三维网格，解决了静态压缩方法存在的问题。 

几何图像(Geometry Images)是一种三维网格渐进压缩方法，由原始三维网格生成的几何图像是一副与原始三维网格模型对应的真彩色的二维图像。几何图像比较光滑平坦，相邻像素的相关性很强，并且可以采用传统的图像压缩算法进行编码和传输。在解码端重构三维网格模型时，几何图像中每4个栅格点围成的四方格沿着对角线分裂成两个三角形，根据栅格点的坐标值和新生成的拓扑连接关系重构出三维网格模型。 

随着计算机图形学在模拟真实环境方面的广泛应用和快速发展，人们对其模拟的视觉真实性要求越来越高。纹理贴图可以通过纹理来表达表面丰富的几何细节和光照细节，甚至可以通过映射后纹理的变形来表达物体的几何形状，法向量纹理图像是它的一个技术扩展，是一种光照技术，记载了对象表面材质的各个像素对光线的反射向量，由于纹理中存储的是法向量而不是颜色，所以表面的纹理和阴影细节可以随着光源位置的改变而发生变化，使模拟的虚拟环境更真实，使人产生身临其境的感觉，提高操作者的沉浸感。 因此成为三维网格模型中增加真实性的一个重要工具。 

图1a为现有几何图像三维网格渐进压缩算法的整体结构示意图。几何图像三维网格渐进压缩算法在编码端(服务器端)由原始的三维网格经过剖分、参数化生成几何图像，经过编码器压缩编码后输出比特流，经网络传输到达解码端(客户端)，解码端依据解码重构得到的重构几何图像，重构得到三维网格。在渲染三维网格时，根据重构得到的三维网格，通过传统的计算法向量的方法，计算每个顶点的法向量后，进行渲染。由于这种方法得到的三维网格的法向量不够准确，不能反映出原始网格所表现的渲染效果，并且计算量大，耗时较长。 

图1b为现有传输法向量纹理图像的三维网格渐进压缩算法的整体结构示意图。现有技术中也有将与几何图像对应的法向量纹理图像表示为真彩色图像的方式，并采用图像压缩方法编码，如图1b所示。这种法向量纹理图像是在编码端通过采用生成几何图像的类似方法，并依据原始三维网格参数化后的网格计算得到，比较准确，但是与几何图像相比，法向量纹理图像的相邻像素相关性很弱，且含有丰富的细节信息，不易于压缩编码，编码后码流较大，不易于传输，并且在解码端解码后图像的质量不高。 

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种三维网格编码、解码方法及编码、解码装置，在保证相同码流大小的情况下，提高了三维网格所表现的渲染效果。 

本发明一实施例提供了一种三维网格编码方法，包括以下步骤： 

生成原始几何图像、第一法向量纹理图像； 

对所述原始几何图像进行编码压缩生成所述原始几何图像的码流，并输出； 

根据所述原始几何图像的码流生成第一预测法向量纹理图像； 

根据所述第一法向量纹理图像和所述第一预测法向量纹理图像，计算第一法向量纹理图像的预测残差； 

对所述第一法向量纹理图像的预测残差进行编码压缩生成所述预测残差的码流，并输出所述预测残差的码流； 

所述根据所述原始几何图像的码流生成第一预测法向量纹理图像具体为： 

对所述原始几何图像的码流进行解码，生成第一重构几何图像； 

根据所述第一重构几何图像的几何拉伸度对三维网格模型进行区域划分，将所述三维网格模型划分为多个相似几何拉伸区域； 

根据所述相似几何拉伸区域，计算所述三维网格模型的所有顶点的法向量； 

将所述顶点的法向量量化到图像灰度范围内，生成第一初始预测法向量纹理图像；