一種三維場景中基于單元重用的三維模型輕量化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三維場景中基于單元重用的三維模型輕量化方法，具體包括:對所有的模型單元進(jìn)行姿態(tài)對齊預(yù)處理，預(yù)處理包括：平移無關(guān)處理、旋轉(zhuǎn)無關(guān)處理和縮放無關(guān)處理；預(yù)處理后，在對齊姿態(tài)下抽取每個單元的特征描述符，再通過匹配方法來對所有的模型單元進(jìn)行匹配和分類，找出可重用的模型單元；在尋找出可重用的模型單元后，去掉冗余的重復(fù)單元以達(dá)到輕量化模型數(shù)據(jù)的效果。采用本發(fā)明通過比較相同索引的體素狀態(tài)有多少相同數(shù)目來確定兩模型單元是否相同，與其他方法相比，輕量化所花費(fèi)時間和人工成本都有明顯的降低。
【專利說明】一種三維場景中基于單元重用的三維模型輕量化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維模型壓縮與Web3D領(lǐng)域技術(shù)，尤其涉及的是一種三維場景中基于單元重用的三維模型輕量化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在移動互聯(lián)網(wǎng)上應(yīng)用大規(guī)模Web3D內(nèi)容的趨勢越來越明顯。然而欲將大規(guī)模虛擬場景構(gòu)筑在移動互聯(lián)網(wǎng)上卻充滿了挑戰(zhàn)，這也是為什么一直困擾并阻礙著移動互聯(lián)網(wǎng)上3D應(yīng)用的大規(guī)模普及。其原因分析如下:
[0003]1、目前的大多3D模型與虛擬場景的數(shù)據(jù)量過于“沉重”。
[0004]雖然移動互聯(lián)網(wǎng)的帶寬與網(wǎng)速在不斷提高，然而相對與其要承載的3D模型與虛擬場景來說還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而且即便網(wǎng)速與帶寬提高了一些，可是用戶欲瀏覽的虛擬場景的規(guī)模與3D模型的復(fù)雜度也都更急劇地增加著。目前絕大多數(shù)單機(jī)版與網(wǎng)絡(luò)客戶端(C/S)的3D游戲是無法直接移植到在網(wǎng)頁與手機(jī)上的，因為其場景規(guī)模和模型復(fù)雜度對于網(wǎng)頁和手機(jī)3D內(nèi)容創(chuàng)作與網(wǎng)上實時虛擬瀏覽來說，實在是過于“沉重”。若想想有效地降低復(fù)雜3D模型/大規(guī)模虛擬場景在移動互聯(lián)網(wǎng)上的傳輸負(fù)擔(dān)，必須要對這些復(fù)雜3D模型與大規(guī)模虛擬場景進(jìn)行輕量化處理。
[0005]2、手工3D模型與虛擬場景的輕量化處理的周期長而效率低。
[0006]3D場景建模是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)的第一環(huán)節(jié)，目前的輕量化3D模型處理的手段基本上是手工進(jìn)行的，而且手工3D輕量化建模的時間和成本也占整個項目成本的一半以上。美工建模人員往往需要大量時間來人工地去掉那些對視覺沒有貢獻(xiàn)的冗余的點、邊、面片等。這樣既費(fèi)時、費(fèi)力，而且成本也高。因此，需要一種低成本且高效的輕量化建模手段。
[0007]當(dāng)前，實際應(yīng)用的大量三維模型通常均由建模工具創(chuàng)建(例如著名的3DS MAX)，這些模型通常是多連通的，往往包含(形狀與結(jié)構(gòu)相似)的重復(fù)幾何模型單元，它們往往僅僅具有不同的空間位置、縮放大小和旋轉(zhuǎn)方向，如果能尋找出并重用這些重復(fù)存在的模型單元，在網(wǎng)絡(luò)上傳輸它們時，只需傳輸這些重復(fù)幾何單元一次，便可以多次引用。這樣既減小了模型傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，同時也提高了模型的傳輸效率。本發(fā)明正是基于這樣的想法來進(jìn)行模型的輕量化處理的。
[0008]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種三維場景中基于單元重用的三維模型輕量化方法，旨在解決現(xiàn)有的輕量化3D模型處理的手段所花的時間和成本都很高的問題。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0011]一種三維場景中基于單元重用的三維模型輕量化方法，其具體包括:
[0012]對所有的模型單元進(jìn)行姿態(tài)對齊預(yù)處理，預(yù)處理包括:平移無關(guān)處理、旋轉(zhuǎn)無關(guān)處理和縮放無關(guān)處理；[0013]預(yù)處理后，在對齊姿態(tài)下抽取每個單元的特征描述符，再通過匹配方法來對所有的模型單元進(jìn)行匹配和分類，找出可重用的模型單元；
[0014]在尋找出可重用的模型單元后，去掉冗余的重復(fù)單元以達(dá)到輕量化模型數(shù)據(jù)的效果。
[0015]所述的三維場景中基于單元重用的三維模型輕量化方法，其中，所述平移無關(guān)處理中的平移操作是將模型單元置于世界坐標(biāo)系的原點位置，并將模型單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)考慮在內(nèi)，使得預(yù)處理后不同模型單元區(qū)別加大。
[0016]所述的三維場景中基于單元重用的三維模型輕量化方法，其中，在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)無關(guān)處理處理時增加對稱不變性處理。
[0017]所述的三維場景中基于單元重用的三維模型輕量化方法，其中，所述對稱不變性的旋轉(zhuǎn)無關(guān)處理是在對模型單元進(jìn)行旋轉(zhuǎn)不變處理時采用主元分析來尋找模型的三個主軸，主元分析獲取的樣本數(shù)據(jù)為模型的三維頂點集合。
[0018]所述的三維場景中基于單元重用的三維模型輕量化方法，其中，所述的縮放無關(guān)處理是指使兩個模型單元的大小一致，以便對兩模型單元進(jìn)行幾何匹配，采用不同縮放比例的模型單元所具有的共同特性來求其縮放比，使得不同的模型單元經(jīng)過縮放無關(guān)處理后，其包圍盒也是不相同的，以便用包圍盒的大小是否相同來粗略判斷兩模型單元是否相同。
[0019]所述的三維場景中基于單元重用的三維模型輕量化方法，其中，在對齊姿態(tài)下抽取每個單元的特征描述符的方法為:對模型進(jìn)行體素化，用表面體素狀態(tài)序列來表示模型單元即每個單元的特征描述符，具體為:求出其最小的軸對齊AABB包圍盒，然后將AABB包圍盒進(jìn)行均勻立方體分割，并將這些體素存儲為一維體素狀態(tài)序列，序列中的索引唯一對應(yīng)于體素的空間位置，用布爾量來記錄模型單元體素化后體素的狀態(tài)，用該體素狀態(tài)序列來表示模型單元的空間輪廓信息。
[0020]所述的三維場景中基于單元重用的三維模型輕量化方法，其中，所述模型單元匹配是通過模型單元體素狀態(tài)序列間的匹配完成的，設(shè)體素狀態(tài)序列為S={VOXels[i]，0 < i< NxXNyXNj，給定兩個三維模型單元為A和B，SA和SB分別為體素狀態(tài)序列，匹配步驟如下:
[0021]步驟S1:判斷34和SB是否相同，若相同則表示兩模型單元相同，同時兩模型單元的AABB包圍盒也相同，并執(zhí)行步驟S2 ;否則，定義兩模型單元不相同，取消匹配；
[0022]步驟S2:判斷兩個模型的頂點是否相同是則執(zhí)行步驟S3 ;否則，定義兩模型單元不相同，取消匹配；
[0023]步驟S3:計算兩模型單元的具體相似度:
【權(quán)利要求】
1.一種三維場景中基于單元重用的三維模型輕量化方法，其特征在于，具體包括:對所有的模型單元進(jìn)行姿態(tài)對齊預(yù)處理，預(yù)處理包括:平移無關(guān)處理、旋轉(zhuǎn)無關(guān)處理和縮放無關(guān)處理；預(yù)處理后，在對齊姿態(tài)下抽取每個單元的特征描述符，再通過匹配方法來對所有的模型單元進(jìn)行匹配和分類，找出可重用的模型單元；在尋找出可重用的模型單元后，去掉冗余的重復(fù)單元以達(dá)到輕量化模型數(shù)據(jù)的效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維場景中基于單元重用的三維模型輕量化方法，其特征在于，所述平移無關(guān)處理中的平移操作是將模型單元置于世界坐標(biāo)系的原點位置，并將模型單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)考慮在內(nèi)，使得預(yù)處理后不同模型單元區(qū)別加大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維場景中基于單元重用的三維模型輕量化方法，其特征在于，在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)無關(guān)處理處理時增加對稱不變性處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三維場景中基于單元重用的三維模型輕量化方法，其特征在于，所述對稱不變性的旋轉(zhuǎn)無關(guān)處理是在對模型單元進(jìn)行旋轉(zhuǎn)不變處理時采用主元分析來尋找模型的三個主軸，主元分析獲取的樣本數(shù)據(jù)為模型的三維頂點集合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維場景中基于單元重用的三維模型輕量化方法，其特征在于，所述的縮放無關(guān)處理是指使兩個模型單元的大小一致，以便對兩模型單元進(jìn)行幾何匹配，采用不同縮放比例的模型單元 所具有的共同特性來求其縮放比，使得不同的模型單元經(jīng)過縮放無關(guān)處理后，其包圍盒也是不相同的，以便用包圍盒的大小是否相同來粗略判斷兩模型單元是否相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維場景中基于單元重用的三維模型輕量化方法，其特征在于，在對齊姿態(tài)下抽取每個單元的特征描述符的方法為:對模型進(jìn)行體素化，用表面體素狀態(tài)序列來表示模型單元即每個單元的特征描述符，具體為:求出其最小的軸對齊AABB包圍盒，然后將AABB包圍盒進(jìn)行均勻立方體分割，并將這些體素存儲為一維體素狀態(tài)序列，序列中的索引唯一對應(yīng)于體素的空間位置，用布爾量來記錄模型單元體素化后體素的狀態(tài)，用該體素狀態(tài)序列來表示模型單元的空間輪廓信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三維場景中基于單元重用的三維模型輕量化方法，其特征在于，所述模型單元匹配是通過模型單元體素狀態(tài)序列間的匹配完成的，設(shè)體素狀態(tài)序列為S={voxels[i],0 ^ i <隊\乂\隊}，給定兩個三維模型單元為4和8，SA和SB分別為體素狀態(tài)序列，匹配步驟如下:步驟S1:判斷SA和SB是否相同，若相同則表示兩模型單元相同，同時兩模型單元的AABB包圍盒也相同，并執(zhí)行步驟S2 ;否則，定義兩模型單元不相同，取消匹配；步驟S2:判斷兩個模型的頂點是否相同是則執(zhí)行步驟S3 ;否則，定義兩模型單元不相同，取消匹配；步驟S3:計算兩模型單元的具體相似度:.? > R、—丨{和隱ls(i,SA)==voxels(i,SB),OSi<NxxNyxNz}|' J ~NxxNyxNz其中，similarity (A, B)表示相似度，voxels (i, SA)為模型單元A的狀態(tài)序列SA中第i個體素的狀態(tài)，voxels (i, SB)同理,NxXNyXNz為體素狀態(tài)序列voxels []的長度，若similarity (A, B)≥ 0.99,則兩模型單元相同，否則，定義兩模型單元不同。
【文檔編號】G06T15/00GK103646414SQ201310686974
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】賈金原, 溫來祥 申請人:賈金原