三维网格模型简化技术的研究

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随着建模技术的发展和三维数据获取设备的完善,大型三维模型已经十分常见,这些模型满足了人们在精确度、真实感等方面日益增长的需求。但是这些模型数据量相当大,给其存储、传输以及渲染等方面带来诸多困难。在许多场合,我们并不需要如此高精度的模型,因此需要对模型进行简化。模型简化技术就是在保证模型外形相似的前提下,对模型进行简化,用较简单的模型来代替复杂的原始模型,以减少数据量,加快处理速度。现在,模型简化技术已经在多个领域取得广泛应用。 本文对现有的典型模型简化技术进行了研究,对它们进行分类比较,并提出一种新的模型简化算法,主要的工作可以概括为以下几个方面: 本文对典型的网格模型简化算法进行了分类比较。因为不同领域有不同要求,处理的模型也具有不同属性,所以模型简化算法都各自具有不同的特征。我们除了关注算法中采用的模型简化方法和采用的误差控制方法两个基本要素外,也对算法是否保持模型的拓扑特征、是否适合产生多分辨率模型、算法适用的模型类型等特征进行了对比。 本文提出一种新的基于加权的三角面法向变化的边折叠简化算法。目前以边折叠为基本操作的网格简化算法多以边折叠前后模型的几何误差为折叠代价,这样的代价计算方法通常比较复杂,而且对如何保持模型的视觉效果考虑不足。我们提出一种新的边折叠代价计算方法,综合衡量折叠边的长度以及折叠前后相关三角面的面积加权的法向方向的改变,尽量避免使相关三角面的法向方向发生较大改变,从而避免模型视觉特征的急剧改变。我们的算法计算比较简单,而且易于实现,实验证明该算法能够产生较好的简化效果。 本文在提出的新算法的基础上设计并实现了一个VRML模型局部简化系统。在VRML文件中,一个模型中通常包含多个由Shape节点构造的独立造型,我们利用这一特点,并采用我们的新模型简化算法,实现了一个以造型为单位的VRML模型简化系统。使用该系统,用户可以根据自己的需要,选择不重要的造型进行简化,而保持重要的造型不变,大大提高了模型简化的方便性。因为用户一般可以根据自己的需求准确而快速的判断出一个模型中重要的造型,使用该系统可以更灵活的进行模型简化,从而获得更理想的简化效果。
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