[发明专利]编码3D网格模型法线的方法、解码3D网格模型法线的方法、编码器和解码器

说明书

技术领域

本发明涉及编码和解码3D网格模型的法线。具体地，本发明涉及编码该法线的方法以及解码该法线的方法、对应的编码器和解码器以及，编码的3D模型。

背景技术

3D网格模型通常包括三角形，每个三角形由相关联的位置、颜色以及法线分量表示。其三个角或者顶点的浮点坐标给出该位置。每个顶点具有也是浮点值的相关联的法线分量。法线分量给出空间顶点取向。在压缩这样的3D网格模型中，分别压缩位置、颜色以及法线分量的每个。[D95]¹描述了这样的压缩。在[D95]中，单位法线的端点位于其上的法线球体被划分为八个八分圆（octant），并且每个八分圆由六个六分圆（sextant）组成。进一步子划分六分圆，借助1/48球体上的法线参考法线。然而，[D95]中给出的方法仅仅适合于当球平均地分布模型法线时。基于观察到通常不均匀地分布3D网格模型的法线，[DYH02]²提出用于改进压缩的k均值聚类（cluster）。然而，在该方法中，聚类的数量k是固定的。此外，事先决定k通常是困难的任务。另外，诸如法线编码参数化之类的[D95]中可获得的优点在[DYK02]中不再可获得。

复杂3D网格模型由若干分量组成，其称为连接分量。这些在SBM01³中定义如下。如果两个多边形共享边缘则它们是相邻多边形。如果有相邻多变形序列，在多变形p_i和p_j之间存在路径。网格模型O的子集O_c在O_c中的任何两个多边形之间存在路径的情况下称作连接分量。这样的网格模型称作多连接模型。另外，对于多连接模型，有效地压缩方案可以发现重复特征并且然后压缩变换（transformation）数据。取向是变换数据的重要部分之一。

发明内容

在很多3D模型中，法线是不均匀分布的。因此，它们应该被分类为可变数量的聚类。有效的法线压缩方法对于实际模型是期望的，实际模型包括以下情况：法线在可变数量的聚类中分布。

本发明提供一种用以压缩大量3D工程模型的连接分量的取向的高效方法。我们的压缩方法组合映射操作和聚类的能力，特别是k均值聚类。

在一个方面中，一种用于编码3D网格模型的也已知为法线分量的顶点取向的方法，包括：对法线分量进行第一聚类，对于每个第一聚类确定其多数元素所属的球扇区，将法线分量映射到预定义扇区，将预定义扇区中的法线分量再聚类为第二聚类，确定第二聚类的预测符，并且通过其残差、对于其预测符的参考以及指示执行哪些所述镜像映射操作的数据来编码法线分量。通过将球体划分为m个相等的球形分段并且将每个所述球形分段划分为n个相等的扇区来获得球扇区。用于扇区映射的第一聚类以及用于预测编码的第二聚类产生改进的压缩率。

理论上，本发明的方面是在编码法线中，执行法线的第一聚类，然后将聚类映射到单位球体的预定义扇区，并且在结果上执行第二聚类，第一聚类的目的是优化映射操作，以及第二聚类的目的是优化法线的预测编码。

根据本发明的一个方面，一种用于编码3D网格模型的法线分量的方法，其中，法线分量可由其在单位球体上的位置定义，该方法包括以下步骤：聚类3D网格模型的法线分量，其中获得一个或者多个第一聚类并且每个法线分量是至少一个所述第一聚类的元素；对于每个第一聚类的法线分量确定其多数元素所属的球扇区，其中通过将球体划分为m个相等的球形分段并且将每个所述球形分段划分为n个相等的扇区可获得球扇区；将根据确定不在预定义的所述扇区的法线分量映射到预定义的扇区；再聚类法线分量，其中获得一个或者多个第二聚类并且每个法线分量是至少一个所述第二聚类的元素；量化法线分量；对于每个所述第二聚类确定代表预测符元素；对于法线分量确定残差，残差是法线分量和其对应预测符元素之间的差；以及通过其残差、对于其预测符元素的参考和指示执行哪些所述镜像映射操作的数据来编码法线分量。

一般地，映射包括多达int(log₂(m)+log₂(n)+1)个镜像映射操作。