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对网格模型简化算法的研究和改良

作　者: 童晓然
导　师: 吴晟
学　校: 昆明理工大学
专　业: 计算机软件理论
关键词: 模型简化 多边形模型 边塌陷 顶点法线
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 33次
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内容摘要


目前有很多领域要对3D模型进行操作。通过CAD软件或高精采样仪器所得的初步模型往往过度缜密,数据量巨大,不利于对模型的流畅交互操作,甚至无法在低端主机上渲染。这就要求简化初始模型以减少数据量,同时把简化造成的模型误差降到最低,而后在虚拟环境中适时采用简化版本,减轻渲染设备的负担,使用户获得流畅体验而又不降低视觉效果。从90年代起,众多此类算法被研发出来,对简化计算的时空消费和输出模型质量有不同取舍。本文对该类算法的发展做出概述,说明流行方法采用的简化操作思路,以及它们在时间、质量指标上的取舍,对这些算法进行分析后提出折衷改良,尝试以时间、质量之外的深入度指标为代价省出计算资源来保证简化的高质、高速。整个算法设计所基于的观点是：当模型简化不太深入时,便宜指标下得到的输出质量不会明显低于精密指标下的输出,于是可以采用便宜指标减少计算时间,但以较小指标阀值维持输出质量,代价是使一部分便宜指标不能识别而事实上较为理想的简化操作得不到执行,即总体上牺牲简化深入度来保证时间、质量指标。改良方法在简化操作上采用经典边塌陷方式,在选边上运用基于顶点法线相近度的便宜指标以节省时间,但同时赋予很小的相近度阀值以保证质量。算法不对候选塌陷边按安全度进行排序,且对所有相关高耗时数学函数进行转化或逼近,尽可能节省计算资源。测试实验表明,研究所得改良算法将模型数据量降到50%至25%的耗时明显小于采用QEM选边指标的流行算法,且输出的简化模型很好地保持了母本视觉效果。此外,算法具有对母本模型平整度敏感的优点,对表面较平整的输入能在更短时间内完成简化。但若将模型数据减至10%以下,输出版本较母本已失去部分外形特征,这表明该算法不适合深入简化,即牺牲了简化深入度。在深入度要求不高时,实验算法较流形法在计算时间上有大量盈余,而输出质量则略显不足,应适当利用盈余时间来提高质量,此外,扩展算法使之适用于非纯几何模型和具有更普遍拓扑的模型也是未来的主要工作。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪言  8-12
  1.1 课题意义  8
  1.2 研究现状  8-10
  1.3 研究工作  10-11
  1.4 结构安排  11-12
第二章 算法介绍  12-20
  2.1 方法分类  12
  2.2 去点重贴  12-14
    2.2.1 去单点重贴  12-13
    2.2.2 去多点重贴  13-14
  2.3 顶点合并  14-20
    2.3.1 分区合并  14-16
    2.3.2 两两合并  16-18
    2.3.3 广义合并  18-20
第三章 模型读写与展示  20-40
  3.1 模型展示  20
  3.2 文件模型  20-24
    3.2.1 子顶点  20-21
    3.2.2 顶点  21
    3.2.3 元素  21-22
    3.2.4 模型  22-23
    3.2.5 平面朝向问题  23-24
  3.3 渲染模型  24-26
  3.4 文件读写  26-40
    3.4.1 数据结构  26-30
    3.4.2 读出流程:文件模型→渲染模型  30-36
    3.4.3 写入流程:渲染模型→文件模型  36-40
第四章 关系模型  40-51
  4.1 关系模型的作用和设计  40-46
    4.1.1 提出点面关系查询问题  40
    4.1.2 设计点面关系数据库  40-41
    4.1.3 四边结构  41-44
    4.1.4 解决点面关系查询问题  44-45
    4.1.5 关系模型数据结构  45-46
  4.2 渲染模型→关系模型  46-51
    4.2.1 输入限制  46
    4.2.2 辅助结构  46-47
    4.2.3 转化流程  47-51
第五章 模型简化  51-64
  5.1 改良思路  51-53
    5.1.1 保证质量指标  52
    5.1.2 保证时间指标  52
    5.1.3 牺牲深入度  52
    5.1.4 简化方式  52-53
    5.1.5 模型限制  53
  5.2 边塌陷方式  53-55
    5.2.1 前后格局  53-54
    5.2.2 牵连引用  54
    5.2.3 更新牵连引用  54-55
    5.2.4 最省时并点放置  55
  5.3 改良选边法则  55-60
    5.3.1 点法线  56-57
    5.3.2 可用选边指标  57-59
    5.3.3 最省时选边指标  59-60
    5.3.4 最省时法线更新  60
  5.4 实现模型简化  60-62
    5.4.1 输入参数  60-61
    5.4.2 简化流程  61-62
  5.5 三角形优化  62-64
第六章 结论和分析  64-66
第七章 后继工作  66-67
参考文献  67-70
致谢  70-71
攻读学位期间发表论文  71

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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