面向移動(dòng)終端的三維幾何簡(jiǎn)化與傳輸方法的研究.pdf

1、近些年來(lái)，隨著無(wú)線(xiàn)寬帶通信技術(shù)的發(fā)展，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G)正朝著以CDMA為基礎(chǔ)，寬帶化通信為特征的方向邁進(jìn)。各式的移動(dòng)終端設(shè)備如移動(dòng)電話(huà)、PDA等，己逐漸成為人們不可缺少的隨身物品。移動(dòng)終端與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的各種應(yīng)用需求也日益增加，尤其是在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上三維圖形數(shù)據(jù)的傳輸及在移動(dòng)顯示屏上顯示高質(zhì)量三維圖形的需求日益迫切。移動(dòng)圖形處理是近年來(lái)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。此外，隨著3C融合進(jìn)程加速，數(shù)字家庭相關(guān)技術(shù)同樣得到了迅速發(fā)展，通

2、過(guò)數(shù)字電視終端實(shí)現(xiàn)與數(shù)字媒體廣播端間的三維幾何數(shù)據(jù)傳輸及交互等，也是當(dāng)前數(shù)字家庭領(lǐng)域的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。通常在圖形應(yīng)用中，為了獲得具備一定真實(shí)感的顯示效果，三維模型往往都由大量復(fù)雜的三角形網(wǎng)格構(gòu)成，在模型數(shù)據(jù)存取、傳輸及顯示上都將耗費(fèi)大量的資源。然而，移動(dòng)終端及數(shù)字電視終端與PC機(jī)的特點(diǎn)有著顯著的區(qū)別，整體渲染資源受限是其固有特點(diǎn)，因此，在移動(dòng)設(shè)備及數(shù)字機(jī)頂盒上進(jìn)行三維圖形應(yīng)用受到很大的限制。 “普適計(jì)算研究——手語(yǔ)無(wú)障礙信息服

3、務(wù)的普適計(jì)算”(國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目：60533030)是面向2008年北京奧運(yùn)會(huì)及殘奧會(huì)的重要研究課題，利用三維手語(yǔ)通過(guò)普適終端(包括移動(dòng)終端及數(shù)字電視)進(jìn)行無(wú)障礙信息交流是該課題中一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。針對(duì)課題中及其他一些移動(dòng)圖形應(yīng)用中存在的三維圖形應(yīng)用問(wèn)題，本文展開(kāi)了面向移動(dòng)終端的三維幾何簡(jiǎn)化與傳輸方法的研究。本文的貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在以下方面： 從傳統(tǒng)的基于幾何元素刪除的圖形簡(jiǎn)化算法著手研究，在分析總結(jié)頂點(diǎn)刪除、邊折疊、三角形

4、折疊等傳統(tǒng)的算法特性的基礎(chǔ)上，提出在三角網(wǎng)格中利用多個(gè)三角形組合構(gòu)成及檢索n邊形的規(guī)則，并提出基于n邊形折疊的網(wǎng)格簡(jiǎn)化算法，算法以n邊形折疊為基本簡(jiǎn)化操作，以二次誤差作為誤差度量。算法包含了Garland的Qslim算法(n=2)及Pan的三角形(n=3)折疊的情況，簡(jiǎn)化速度和簡(jiǎn)化模型品質(zhì)受n的具體取值影響，n取較小的值適用于對(duì)簡(jiǎn)化品質(zhì)要求較高的圖形簡(jiǎn)化；n值取較大的值則適合于簡(jiǎn)化速度要求較高的圖形應(yīng)用。 針對(duì)移動(dòng)終端屏幕在不同

5、投影下的輪廓幾何誤差在實(shí)際顯示中相差較小的特點(diǎn)，提出一種面向小型屏幕移動(dòng)終端的輪廓保持的網(wǎng)格簡(jiǎn)化算法，算法對(duì)網(wǎng)格中位于該視線(xiàn)方向上的輪廓相關(guān)的三角形進(jìn)行判定，并分別定義為：輪廓頂點(diǎn)、輪廓邊及輪廓角三角形三種類(lèi)型，分析了三種三角形對(duì)輪廓特征的重要程度并分別加入加權(quán)保護(hù)系數(shù)以及定義其折疊規(guī)則。通過(guò)新折疊規(guī)則及加權(quán)因子的使用，新算法比Pan等均勻簡(jiǎn)化的算法在輪廓區(qū)域表現(xiàn)得更為出色，即使剩下面片數(shù)較少，簡(jiǎn)化模型的輪廓依然能相對(duì)地接近原始模型。

6、 針對(duì)用戶(hù)感知度與移動(dòng)終端屏幕分辨率相關(guān)的特性，提出一種基于感知度量的網(wǎng)格簡(jiǎn)化算法，算法定義了模型在目標(biāo)屏幕上的基準(zhǔn)顯示狀態(tài)，并通過(guò)移動(dòng)終端分辨率及物體的視距參數(shù)計(jì)算得到目標(biāo)屏幕的感知閾值ε及模型的感知度量，通過(guò)加權(quán)Qslim算法動(dòng)態(tài)地刪除不符合顯示精度要求的冗余數(shù)據(jù)。另外，算法還加入了基于感知的尖特征保護(hù)，從而能夠獲得尖特征及整體簡(jiǎn)化效果與目標(biāo)用戶(hù)感知度相匹配的簡(jiǎn)化模型。算法易于實(shí)現(xiàn)，適用于手機(jī)、PDA等僅具備低分辨率屏幕的移動(dòng)

7、終端上的圖形應(yīng)用。 最后，本文還基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的特性，結(jié)合以上提到的簡(jiǎn)化算法提出相關(guān)的移動(dòng)圖形應(yīng)用系統(tǒng)及傳輸方法，對(duì)弱交互性(僅要求實(shí)時(shí)交互控制)的移動(dòng)圖形應(yīng)用，提出基于腳本驅(qū)動(dòng)的遠(yuǎn)程交互系統(tǒng)，通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸腳本數(shù)據(jù)控制圖形的活動(dòng)來(lái)代替頻繁的圖形傳輸，從而以減少數(shù)據(jù)傳輸量；對(duì)于強(qiáng)交互性移動(dòng)圖形應(yīng)用(要求實(shí)時(shí)圖形數(shù)據(jù)交互)，提出采用基于用戶(hù)感知簡(jiǎn)化的流式數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，并對(duì)其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)包封包等問(wèn)題結(jié)合移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)特性進(jìn)行