三维面模型的几何压缩技术综述

随着应用需求的增长,三维模型的规模和复杂度急剧增长,给模型的存储和在有限带宽的网络上传输带来了很大的困难.因此,研究空间需求小、适合于计算机网络传输的三维模型的表示方法具有十分重要的意义.三维模型的压缩主要包括拓扑压缩和几何压缩.由于压缩数据中的大部分是几何压缩数据,因此已发展了许多几何压缩方法,以提高模型的压缩效率.为使相关的学者和工程技术人员较好地了解几何压缩技术,本文对这方面的工作进行了较全面的介绍.本文首先介绍了几何压缩的基本流程及几种几何压缩方法的分类原则,然后将几何压缩技术分为基础压缩方法和经过模型变换的压缩方法两大类并分别进行详细的介绍,讨论了各个方法的特点,最后结合我们自身的工作认识对几何压缩技术进行小结和展望.     

一般多边形网格的几何压缩

提出一个通用的一般多边形网格的几何压缩算法，针对目前三维拓扑压缩算法大都仅适用于三角网格的现状，在巳有算法的基础上，进行了有效的推广，使得对于包含任意边数多边形的网格都可以进行有效的压缩编码；另外，根据多边形网格任一多边形中的各个顶点共面的特性，提出一种顶点坐标压缩方案，该方案与上述拓扑压缩算法有机结合可以显著地减少一般多边形网格数据在网上传输所需的带宽；最后，对编码过程产生的输出流进行流程编码与算术编码相结合的混合压缩编码，从而进一步提高压缩比。     

一种保留特征的网格简化和压缩递进传输方法

针对数字博物馆中三维藏品网络传输及传输过程中藏品特征保留的需要,提出了一种保留拓扑及纹理特征的网格简化方法,在三角形折叠简化算法的基础之上,通过引入边界三角形和色异三角形等概念,对误差矩阵的计算和误差控制方法进行了改进,保留了原始模型的几何边界和纹理属性等特征信息;并结合递进网格和压缩编码,构造了基于八叉树编码的递进网格文件,从而实现了基于网络的三维模型递进传输系统.     

三维网格分割中聚类分析技术综述

三维网格分割是计算机图形学的一个重要的研究方向,近年来不断涌现出各种新的分割技术.主要关注基于聚类分析的三维网格分割技术,介绍了三维网格分割的2种常见类型,并对分割技术所转化的数学问题进行阐述,总结了一系列常用的网格属性.依据算法类型将现有算法划分为5类,所基于的分割技术分别有区域生长、多源区域生长、层次聚类、迭代聚类以及谱聚类.针对不同的分割目标和所利用的网格属性,对各分类下的分割算法进行对比讨论;同时给出4种角度的评估准则,以展示不同应用场景下各类分割算法的优缺点,并指出了三维网格分割的发展趋势和应用方向.     

网格的渐进几何压缩

提出一种渐进几何压缩算法.通过对简化算法的改进,网格模型由基网格及多组顶点分裂操作序列表达.当从一层网格向下一层精网格细化时,该组顶点分裂操作序列中的分裂操作顺序是任意的.因此,改进的渐进网格表示可改变每组顶点分裂操作的排序,实现高效率编码.设计了Laplacian几何预测器,通过相邻顶点来预测新增顶点位置,并对位置校正值进行量化及Huffman编码.实验结果表明,该算法可获得高压缩比,适合几何模型的网络渐进传输.     

三维网格单一位率压缩统一框架的设计与实现

三维网格单一位率压缩技术将网格的几何信息和拓扑连接信息分开独立压缩.进行连接信息压缩时,通常对某种结构表示的网格连接信息进行某种形式的遍历,对遍历过程进行信息编码压缩;压缩几何信息时,一般需要经过量化、预测和熵编码3个处理过程.通过对该类算法进行研究总结,提出并设计了一个针对三角网格的单一位率压缩统一模式框架,并基于OpenGL和Visual C 6.0,以Edgebreaker算法为例进行了实验.     

三维图形数据的压缩与网上浏览

尽管互联网上存在着大量的压缩图像,但互联网上的三维图形数据却很少,其中一个重要原因就是三维图形数据的数据量比较大,所以要进行高效的压缩,以节约存储空间和网络带宽。文章结合Edgebreaker连接关系编码算法、平行四边形顶点坐标预测以及算术编码,来实现三角形网格的压缩,得到了50倍左右的压缩比;然后设计了一种存储压缩三维图形数据的eb文件格式,实现了一个支持网上浏览压缩三维图形数据的IE浏览器插件,可用于三维网页、数字博物馆等应用中。     

基于特征点的三维人脸网格简化*

在边折叠的网格简化算法的基础上,针对特定三维网格模型—人脸,提出了一种实用的基于特征点的快速模型简化算法。该算法把人脸按特征点的分布进行分块处理,对不同区域采用不同的阈值进行调节。对于需要高细节的区域保留高度细节,而对于其他区域则进行简化。使用这种方法可以较大地减少虚拟整型手术中的数据量,同时又能保持待手术区域的高度细节。该算法实现简单、运算速度快,而且能有效保持人脸模型的重要特征。     

关于三维网格压缩和渐进传输问题的几点探讨

通过对渐进网格（PM）和压缩渐进网格（CPM）技术的探讨,提出了在采用线性插值的方法分批传输压缩数据的同时,动态细化3D模型的几何网格。相应地,对CPM算法进行了简化,以减少解压时的开销,在CPM的基础上使渐进细化网格有更好的显示效果。     

三维网格模型的球面分割几何压缩算法

首先对单位球面进行均匀分割,构造出规则球面网格,然后依次对球面网格点进行编号,用半径和球面网格点编号近似表示每个顶点的三维坐标.对这些编号排序后,用相邻编号的差值来表示球面网格点编号,实现了只用一个浮点数和一个网格点编号差值来表示一个顶点的3个坐标值.浮点数表示的半径可以量化为整数,进一步压缩存储空间.该算法的最大优点是与模型的拓扑性质无关,只需要利用模型的顶点坐标.实验结果显示,文中算法有较好的压缩效果,虽然该算法是针对三角面片网格来说明的,但是其基本思想也可以应用到其他形式的网格模型中.     

新颖的网格模型压缩算法——网格切片

针对三维(3D)网格模型的存储与网络传输问题,提出一种新颖的三维模型压缩算法。该算法基于对网格模型的切片处理,主要由以下三个步骤组成:切片顶点的计算、切片边界的均匀采样以及对切片所得图像的编码。对于一个给定的三维模型,首先,计算模型的包围盒;然后,沿包围盒长度最长的方向进行切片;同时计算切片与网格模型表面每条边的交点,构成一个多边形,这个多边形即为切片的边界;其次,对切片边界进行均匀的重采样,使每层切片具有相同的顶点数;最后,把每层的顶点坐标转化为极坐标形式,这样,所有层顶点的ρ-坐标以及θ-坐标能分别构成一张图像,原始的三维模型即能由这两张图像表示。这种表示方法具有以下两个明显的优势:第一,降低了数据的维度,有效减少了数据量;第二,具有极大的数据相关性,进一步减少了数据的熵。基于这两个优势,该算法对图像数据进行差值编码以及算术编码,最后得到压缩后的文件。与增量参数细化(IPR)方法相比,在解码模型同等质量的前提下,所提算法的编码效率提高了23%。实验结果表明,所提算法在模型存储和传输应用中能取得很好的压缩效率,有效减少了数据量。     

三维网格的边界强度分割算法

提出一种新的基于网格边界几何信息的快速分割算法,首先按照原始网格模型面片的拓扑关系建立对偶图,并根据网格面片的几何信息设定顶点权和边权;使用k-way 多级分割方法在对偶图上进行快速分割,得到预分割区域以及各分割区域的初始边界;然后定义分割片的特征边界和边界强度函数,用以表示各预分割区域边界上的形变模型;通过最小化形变模型的能量函数,推动初始边界向特征边界运动,最终得到符合最小值法则的有意义的子网格.实验结果表明,该算法快速有效,适用于各种局部边缘特点较显著的三角网格模型.     

基于Delaunay四面体剖分的网格分割算法

为了构建有意义曲面分片,提出一种基于Delaunay四面体剖分的网格分割算法.首先根据Delaunay四面体剖分得到多边形网格内部的四面体,求出每个面上反映网格内部信息的Delaunay体距离;然后对Delaunay体距离进行平滑处理,再对网格上面的Delaunay体距离进行聚类,用高斯混合模型对Delaunay体距离作柱状图的拟合,利用期望最大化算法来快速求得拟合结果;最后结合图切分技术,同时考虑聚类的结果、分割区域的边界平滑和视觉认知中的最小规则,得到最终的网格分割结果.实验结果表明,采用文中算法可以有效地实现有意义的网格分割.     

一种新的三角形网格压缩算法

现代图形应用系统需要绘制大量的几何体，这给绘制硬件带来内存、带宽等问题。解决该问题的方法之一就是在预处理阶段对静态三维几何物体进行压缩处理。本文提出了一种新的三角形网格压缩／解压缩算法，该算法将三角形网格分解成一组三角形条和序列顶点链，然后对顶点连通性进行熵缟码。该算法与已有的GTM压缩算法相比，压缩率提
高了32％，并且支持并行解压缩。本文还提出了一种平行四边形预测方法来压缩顶点坐标。     

一种针对基于图像的3D重建网格的简化算法

文章提出了一种针对“基于图像的曲面3D重建网格”的简化算法,利用原曲面光照图像的等灰度值曲线来确定初始简化三角网格,然后通过若干次细分操作改善三角网格的形状,从而形成最终的简化网格。由于所有计算都在平面图像上进行,使得复杂的三维网格简化计算变成相对容易的平面网格简化计算,并同时具有保持原曲面的显示效果的优点。实验结果显示,该算法具有高效的计算速度和良好的显示效果保持特性,并可望应用到更广泛的高度场数据的简化方法中。     

一种三角形网格模型数字水印算法

随着3D模型技术的发展,3D模型的版权保护问题越来越被重视.提出了一种基于三角域上V系统的3D网格模型数字水印算法.该算法首先将模型上的顶点到模型中心的距离进行三角域上的一次V变换,然后对变换后的系数进行量化来嵌入水印.由于该距离是一种全局几何特征,且算法将足够多的比特水印信息分布到模型各处,从而使得该水印方案具有一定的鲁棒性.实验结果表明该算法能够抵抗一般的平移、旋转等类型的攻击和随机噪声攻击.     

三维网格模型的分割及应用技术综述

对三维网格模型分割的定义、分类和应用情况做了简要回顾,介绍并评价了几种典型的网格模型分割算法,如分水岭算法、基于拓扑和几何信息的分割算法等;同时,对网格分割在几种典型应用中的研究工作进行了分类介绍和评价．最后对三维分割技术今后的发展方向做出展望．     

基于小波变换的非渐进网格压缩

为了取得较好的三角形网格压缩性能，提出了一种基于小波变换的三角形网格非渐进压缩方法。该压缩方法先利用重新网格化来去除大部分连接信息，然后利用小波变换的强去相关能力来压缩几何信息。在进行重新网格化和小波变换后，再按一个确定的次序将所有的小波系数扫描为一个序列，然后对其做量化和算术编码。另外，对重新网格化得到的自适应半正规采样模式，还设计了一种自适应细分信息编码算法，以便使解码端知道每一个小波系数应该放置在哪一个顶点上。实验表明，用该压缩方法对由三维扫描仪获取的复杂网格进行压缩，取得了比Edgebreaker方法明显要好的率失真性能；10比特量化时，压缩倍数在200倍左右，为Edgebreaker方法的2倍多。