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大规模交叠网格模型优化算法

作　者: 邓平
导　师: 熊盛武
学　校: 武汉理工大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 交叠网格网格简化网格优化网格合并
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 31次
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内容摘要

由大量网格模型所构建的三维世界在人们的现代生活中已经扮演着重要的角色,随着人们对三维世界越来越多需求,出现了大量的网格数据需要处理,对计算机的存储、计算、显示、传输都带来了很多问题,同时这些网格模型很大部分是相互交叠的,因此对大量网格模型数据进行优化处理已经刻不容缓。经过多年的研究,很多学者提出了很多类型的网格简化算法。如区域合并算法,顶点聚类算法,小波分解,顶点删除算法和渐进网格算法等。这些算法虽然都有一定的网格模型简化功能,但是只适用于一定的范围,而且计算复杂、时间消耗大、模型逼近程度差。在三维场景中并不是每个网格都需要绘制,往往有大量的网格模型内部和模型之间因为重叠,相互遮挡,或者靠的很近,并不需要存在,故采用网格合并算法优化网格模型。鉴于对研究中存在的现有问题,本文提出一种针对大规模交叠网格模型的简单高效的网格优化方法,综合了网格合并和网格简化两种主要的网格优化算法,大大提高了优化的效率和适用范围。将众多交叠模型中不需要的网格去掉,可以重复利用网格资源,分享材质和纹理,会为网格优化带来很大的益处,故而基于网格合并的思想提出一种简单而有效的合并方法。在合并完成后的网格模型还可以进一步的简化网格,所以在顶点删除简化算法的基础上,提出一种改进的简化算法。经过改进后的算法不但降低了网格处理时的复杂度,而且尽可能的保证场景中模型的原有特征。本文的创新之处表现在以下几个方面：1)本文仔细分析和研究了网格合并算法。经典的网格合并算法包含网格交叠区域的检测、交叠网格边界的腐蚀、网格拉链的产生、网格缝合、合并后的光顺平滑处理等多个步骤。复杂的网格合并算法让大规模交叠网格的计算复杂而效率很低。改进的合并算法提出了一种用包围盒分割网格检测待交叠区域,用顶点到网格三角形质心判断网格交叠最小距离,采用网格三角形对过渡合并,在合并后采用拉普拉斯光顺算法对合并区域进行平滑处理,并用一系列参数根据需要控制网格合并情况的方法。它简化了步骤,提高了合并的效率；2)本文比较了各种网格简化算法的优劣。相对而言,顶点删除简化算法实现简单原理清晰易懂,在此基础上提出一种改进的网格顶点删除简化算法,采用了计算顶点的权值的方法来判定选择进行顶点删除,删除后使用基于最短边优先三角化的原理对多边形重新拓扑化,完成对网格的优化。大规模交叠网格模型优化算法结合了网格合并和网格简化的优点,通过简化两者的计算过程,大大提高优化效率,经过实验证实表明,对于大规模网格模型具有很好的优化效果。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 研究背景及意义  10-12
    1.1.1 网格模型的应用  10-11
    1.1.2 网格模型优化的意义  11-12
  1.2 相关研究技术介绍  12-16
    1.2.1 三维数学概念  12-13
    1.2.2 三维网格基础知识  13-14
    1.2.3 网格模型优化技术  14-16
  1.3 研究目的与主要成果  16-17
  1.4 本文的研究章节安排  17-18
第2章常用网格模型简化算法  18-29
  2.1 引言  18
  2.2 网格简化的原则和误差度量  18-19
  2.3 常用的经典网格模型简化算法  19-27
    2.3.1 顶点聚类法  19-20
    2.3.2 几何元素删除法  20-24
    2.3.3 网格模型细分法  24
    2.3.4 小波分解法  24-25
    2.3.5 重新布点法  25
    2.3.6 层次表示法  25-26
    2.3.7 渐进网格法  26-27
  2.4 总结  27-29
第3章改进的网格合并算法  29-49
  3.1 经典的网格合并算法  29-34
    3.1.1 网格合并区域腐蚀算法  29-31
    3.1.2 网格边界缝合算法  31-34
  3.2 待合并区域的提取  34-36
    3.2.1 包围球  34
    3.2.2 离散凹凸包围盒  34-35
    3.2.3 轴对齐包围盒  35-36
    3.2.4 方向包围盒  36
  3.3 改进的网格合并算法  36-47
    3.3.1 交叠网格的待合并区域检测  36-40
    3.3.2 基于三角面的网格合并  40-47
  3.4 本章总结  47-49
第4章大规模交叠网格模型优化算法  49-64
  4.1 网格模型光顺算法  49-52
    4.1.1 Laplace光顺算法  49-50
    4.1.2 Taubin光顺算法  50-51
    4.1.3 Desbrun光顺算法  51
    4.1.4 双边滤波光顺算法  51-52
  4.2 大规模网格模型优化算法思路  52-53
  4.3 大规模交叠网格的合并  53-55
    4.3.1 大规模交叠网格合并原理  53-54
    4.3.2 网格合并的控制  54-55
  4.4 交叠模型合并区域的拉普拉斯光顺平滑优化  55-56
  4.5 改进的基于顶点删除网格模型简化算法  56-61
    4.5.1 顶点的权值计算  57-58
    4.5.2 基于最短边原理的三角剖分  58-60
    4.5.3 顶点删除简化网格  60-61
  4.6 大规模网格优化算法分析与实验例图  61-63
  4.7 本章小结  63-64
第5章总结与展望  64-66
  5.1 课题总结  64
  5.2 展望  64-66
致谢  66-67
参考文献  67-71
附录:攻读硕士学位期间参加的项目及发表的论文  71

大规模交叠网格模型优化算法

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