[发明专利]一种基于局部圆柱坐标的动画压缩方法

说明书

本发明公开了一种基于局部圆柱坐标的动画压缩方法，主要针对三角形网格的动画数据。其包括以下步骤：给定固定拓扑结构的网格模型动画序列，选定一个相同拓扑结构的参考网格模型，根据其不变的拓扑结构指定某个三角面片为根结点建立以三角面片为结点的最小生成树；遍历最小生成树，从指定根节点开始根据三角面片的邻接关系建立局部圆柱坐标系，并为每个顶点计算局部圆柱坐标值；根据遍历顺序对数据进行量化，并且根据反向量化结果矫正顶点的局部圆柱坐标值；对坐标数据进行量化和熵编码。本发明可以高效、快速地压缩具有轻微的延展特性，但是局部细节变化丰富的动画数据，尤其是对轻微变形的布料动画序列具有良好的压缩效果。

技术领域

本发明涉及动画压缩方法，特别是一种基于局部圆柱坐标的动画压缩方法，实现三角网格动画的高效压缩。

背景技术

随着仿真软件和计算机硬件运算能力的不断发展，虚拟布料的动画模拟被广泛应用在影视特效、动画生成及虚拟现实等诸多领域，在近年来成为了一个倍受研究者们关注的课题。然而如何真实地重现具有丰富细节的布料动画仍然需要耗费大量的计算资源，使其难以在移动平台或者其它高帧率应用中实用化。其中关键的挑战在于：如何高效地表达具有丰富细节的布料模型动画，使其具有紧凑的存储、快速和廉价的解压以及低延迟。

现有网格动画压缩技术通常基于这一假设：模型动画比较平滑，或者可以用一个线性子空间表示。所以这类方法通常采用主元分析(PCA)、层次化等方法来对动画进行压缩。然而布料动画的特点是可伸展性不高，但是布料网格的几何变化频率高，局部细节丰富。所以现有的方法对于压缩布料动画效果有待改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于局部圆柱坐标的动画压缩方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于局部圆柱坐标的动画压缩方法，包括以下步骤：给定固定拓扑结构的网格模型动画序列，选定一个相同拓扑结构的参考网格模型，根据其不变的拓扑结构指定某个三角面片为根结点建立以三角面片为结点的生成树；遍历生成树，从根结点开始根据三角形的邻接关系建立局部圆柱坐标系：给定生成树中的任意一个非根结点面片，它和生成树中的父结点组成一对邻接面片，其局部圆柱坐标系的原点是该邻接面片公共边的中点，Z轴为公共边方向，极坐标轴可由Z轴方向和面片法向叉积得出，由此可计算该非根结点面片每个未访问顶点的局部圆柱坐标值；直接存储根结点面片的几何坐标，并根据遍历顺序对非根结点面片的局部圆柱坐标进行初步量化和反量化，然后根据反向量化结果矫正顶点的局部圆柱坐标值；对局部圆柱坐标数据进行二次量化和熵编码。

进一步地，可以采用序列的任意一帧作为参考网格，也可以采用其它和动画序列同构的网格模型作为参考网格来建立基于三角面片的最小生成树。

进一步地，使用EdgeBreaker方法或者其它类似方法压缩参考网格。

进一步地，采用深度优先的方法对生成树进行遍历。

进一步地，采用二面角θ、半径r、高度h的三元组作为局部圆柱坐标系。

进一步地，采用无损熵编码方法包括但不限于霍夫曼编码，算术编码等。

进一步地，采用以下可变长量化方法对顶点的局部圆柱坐标值进行量化：

其中b为对x量化使用的位数，σ_{_}和σ₊分别为浮点数的下界和上界。

一种基于局部圆柱坐标的动画解压缩方法，包括以下步骤：读取参考网格模型，建立面片的邻接关系并构造生成树；对数据流进行反向熵编码和反向量化，获取局部圆柱坐标值；读取根面片顶点位置，并按照编码相同的顺序遍历生成树，通过坐标系的逆向运算获取每个顶点在欧式空间的坐标位置，从而恢复每一帧的网格模型。