网格模型多分辨率表示的关键技术研究

论文摘要

本文重点讨论了复杂网格的多分辨率表示方法及多分辨率绘制方法。由于三角形网格模型具有表示简单、绘制方便等优点而被广泛应用于计算机图形学、可视化仿真、虚拟现实建模等领域。但复杂的网格模型数据很难存储、绘制、传递，这些问题已经成为网格技术发展的瓶颈，同时也成为网格图形学研究的热点。近十年来，众多网格模型的多分辨率表示、存储、绘制、传递、压缩方法被提了出来，使网格模型技术日益完善。虽然提出的这些多分辨率模型表示方法已经被广泛使用，但大多数多分辨率表示的存储空间要求仍然很大，大多数多分辨率绘制方法的绘制效率不高，因此降低多分辨率模型表示的复杂度及存储开销及提高多分辨率绘制方法的绘制效率成为人们追求的一个目标。本文对这些问题进行了探讨。为了降低多分辨率模型表示的存储开销，本文不增加多分辨率模型表示的复杂度，使多分辨率表示的存储量等同于原模型的存储量。本文还提出了四种绘制单元，都可以直接应用于模型的多分辨率存储结构及多分辨率绘制之中。本文的主要工作内容及创新性成果为：1)提出了“三角形表简化”的概念及一种基于“顶点替代”的三角形表简化方法。其特点是，直接简化三角形表，由简化的三角形表得到简化的模型。并由此确定了一种连续层次细节模型的生成方法。2)在此基础上，分别提出了基于“三角形收缩”、基于“三角形对收缩”及基于“三角形扇收缩”的模型简化方法和三角形表简化方法。3)给出了“多分辨率三角形表”的概念及一种基于“顶点替代”简化的“多分辨率三角形表”。其特点是：“多分辨率三角形表”是一个三角形表，却包含了所有的多分辨率表示信息，多分辨率网格表示与单分辨率网格表示一样简单，多分辨率网格表示的存储空间被降低到等同于单分辨率表示的存储空间。4)在此基础上，分别提出了基于“三角形收缩”、基于“三角形对收缩”及基于“三角形扇收缩”的多分辨率三角形表，这些多分辨率表示的存储空间被降低到等同于其单分辨率表示的存储空间。5)证明了上述给出的多分辨率表示虽然与单分辨率表示一样简单，却具有支持模型的渐进简化、渐进细化及渐进传递等特性。6)提出了一种包含2个三角形的“绘制单元”，可以直接应用于模型的多分辨率存储结构之中。模型可使用该“绘制单元”进行多分辨率分解、表示、渐进简化、渐进细化及渐进传递或渐进绘制。模型可被多分辨率压缩、被多分辨率绘制，绘制代价为51％左右。7)在此基础上，分别提出了包含4个三角形、6个三角形及12个三角形的“绘制单元”，可分别应用于模型的多分辨率存储结构之中。模型可使用这些“绘制单元”进行多分辨率分解、表示、渐进简化、渐进细化及渐进传递或渐进绘制。对应的绘制代价分别为36％左右、30％左右及24％左右，比传统的“三角形条”绘制单元的绘制代价要低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 网格模型概述
• 1.2 网格模型的研究意义
• 1.3 本文的研究工作内容
• 1.4 全文的组织安排
• 第二章 网格模型技术综述
• 2.1 引言
• 2.2 网格模型简化技术
• 2.2.1 网格模型简化的类型
• 2.2.2 模型简化的误差度量
• 2.2.3 模型简化的标准
• 2.2.4 简化模型的细化
• 2.2.5 模型简化的串行策略和并行策略
• 2.2.6 几类典型的模型简化方法
• 2.3 细节层次模型表示技术
• 2.3.1 细节层次模型表示的分类
• 2.3.2 细节层次模型的选择标准
• 2.3.3 细节层次模型场景的选择方法
• 2.3.4 细节层次模型之间的光滑过渡
• 2.3.5 细节层次模型的生成方法
• 2.4 网格模型的多分辨率表示技术
• 2.4.1 多分辨率模型表示技术与层次细节模型表示技术的区别
• 2.4.2 多分辨率表示的主要特性
• 2.4.3 几种典型的多分辨率模型表示
• 2.5 网格模型的压缩技术
• 2.5.1 网格模型连通性的单次压缩方法
• 2.5.2 模型连通性的渐进压缩方法
• 2.6 本章小结
• 第三章 三角形表基于“顶点替代”简化及其多分辨率特性
• 3.1 引言
• 3.2 三角形表的简化
• 3.3 基于顶点替代的三角形表简化方法
• 3.4 多分辨率三角形表的构造方法
• 3.5 “多分辨率三角形表”的简化特性
• 3.6 多分辨率三角形表的压缩特性
• 3.7 多分辨率三角形表细化特性
• 3.8 支持模型压缩和渐进传输
• 3.9 本章小结
• 第四章 三角形表基于“三角形收缩”简化及其多分辨率特性
• 4.1 基于“三角形收缩”的三角形表简化方法
• 4.2 基于“三角形膨胀”的三角形表细化方法
• 4.3 多分辨率三角形表的构造
• 4.3.1 模型的简化与多分辨率表示的产生
• 4.3.2 重排三角形表的三角形与顶点序号
• 4.3.3 网格顶点次序的重排
• 4.4 多分辨率三角形表的特性
• 4.4.1 简化特性
• 4.4.2 传输特性
• 4.4.3 绘制单元
• 4.4.4 基于绘制单元的渐渐绘制
• 4.5 试验及结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 三角形表基于“三角形对”收缩简化及其多分辨率特性
• 5.1 基于“三角形对”收缩的三角形表简化方法
• 5.2 基于“三角形对”分裂的三角形表细化方法
• 5.3 多分辨率三角形表的构造
• 5.4 多分辨率模型表示的特性
• 5.5 试验及结果
• 5.6 本章小结
• 第六章 三角形表基于“三角形扇”收缩简化及其多分辨率特性
• 6.1 基于“三角形扇”收缩的三角形表简化
• 6.2 基于“三角形扇”膨胀的三角形表细化
• 6.3 多分辨率三角形表的构造
• 6.4 多分辨率三角形表的特性
• 6.5 试验及结果
• 6.6 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录