大型三維網(wǎng)格模型的簡化與交互式繪制.pdf

1、近年來，隨著三維模型采集設(shè)備精度的提高，從現(xiàn)實(shí)世界獲取的三維模型質(zhì)量也不斷提高。這些高質(zhì)量的三維模型可以高度真實(shí)地保留原物體的全部細(xì)節(jié)，在文物保護(hù)、數(shù)字化圖書館、虛擬人計(jì)劃以及電影游戲等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是這些規(guī)模急劇增長的三維模型，給繪制、編輯、傳輸和存儲等方面帶來了許多新的難題和挑戰(zhàn)。三維模型簡化是一個(gè)減少模型復(fù)雜度的有效方法。但是傳統(tǒng)的模型簡化算法一般需要將要處理的模型完全調(diào)入內(nèi)存，無法直接應(yīng)用于大型三維模型。為解決該問題，研

2、究者們提出了大型三維模型的外存簡化技術(shù) (out-of-coresimplification)，該領(lǐng)域也成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究熱點(diǎn)之一。 現(xiàn)有基于迭代收縮的大型模型簡化算法能獲得高質(zhì)量的簡化模型，但是其所需的輔助數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，計(jì)算開銷大，簡化效率低(以每秒簡化的面片個(gè)數(shù)衡量)。基于點(diǎn)聚類的簡化算法簡化速度快，更適合大型三維模型。采用點(diǎn)聚類簡化算法，實(shí)現(xiàn)并改進(jìn)三個(gè)基于點(diǎn)聚類的模型簡化算法和一個(gè)基于視點(diǎn)的多分辨率構(gòu)建和繪制算法。

3、 一、分析、比較了常規(guī)模型的簡化算法，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡單高效的基于點(diǎn)聚類的內(nèi)存(in-core)簡化算法。該算法對模型包圍盒進(jìn)行均勻網(wǎng)格劃分，采用保持體積的二次誤差度量矩陣求取每個(gè)格子的最優(yōu)代表點(diǎn)。該算法的實(shí)現(xiàn)為后續(xù)大型三維模型簡化算法的研究奠定了基礎(chǔ)。 二、分析、比較了大型模型的簡化算法，實(shí)現(xiàn)了一種內(nèi)存容量不依賴于輸入模型大小的簡化算法，即OoCS算法。但是該算法的輸出模型大小依賴于內(nèi)存容量，如果簡化后的模型仍然需要保持比較高

4、的復(fù)雜度，則此算法無法滿足。為解決這一問題。參照OoCSx算法，實(shí)現(xiàn)了輸入和輸出模型大小均不依賴于內(nèi)存容量的外存簡化算法。 三、設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種大型模型的多分辨率構(gòu)建與繪制算法。該算法基于八叉樹空間劃分，通過內(nèi)外存映射技術(shù)，構(gòu)建外存多分辨率層次結(jié)構(gòu)。基于該多分辨率表示，實(shí)現(xiàn)了依賴視點(diǎn)的細(xì)節(jié)層次(LOD)選擇和繪制，包括基于視錐的繪制算法、基于背面剔除的繪制算法、基于屏幕覆蓋率的繪制算法和基于模型輪廓的繪制算法。 改進(jìn)的簡