本發(fā)明總體上涉及紋理化多邊形網(wǎng)格(例如，紋理化三角形網(wǎng)格)的簡化。本發(fā)明提出了將紋理數(shù)據(jù)從高分辨率網(wǎng)格傳送到獨(dú)立參數(shù)化的簡化網(wǎng)格的簡單且快速的算法。該方法自然地允許在對紋理進(jìn)行下采樣時進(jìn)行高質(zhì)量過濾。

背景技術(shù)：

1、對于不包括任何屬性(諸如紋理)的多邊形網(wǎng)格，網(wǎng)格的幾何簡化是被深入研究的問題。例如，garland和heckbert的二次誤差邊折疊簡化(quadric?error?edge-collapsesimplification)或lindstrom和turk的體積保持方法被廣泛地用于消減(decimate)平面網(wǎng)格以便于多分辨率3d內(nèi)容的分布和渲染。

2、然而，紋理化網(wǎng)格的簡化更復(fù)雜。它仍然被認(rèn)為是學(xué)術(shù)研究的重要和活躍領(lǐng)域。困難之一是，即使網(wǎng)格表示單個歧管表面，其在紋理空間中的參數(shù)化(“展開”)(使用uv坐標(biāo))也可能很少是連續(xù)的，并且通常包括映射到3d表面的多個島或“貼片(patch)”。然后，表面不可避免地包括紋理“接縫”或uv不連續(xù)性，其在網(wǎng)格簡化中使多邊形(例如，三角形)的移除復(fù)雜化(其是頂點(diǎn)或邊折疊)。

3、在計算機(jī)圖形、游戲開發(fā)和類似領(lǐng)域中，通常的做法是假設(shè)高質(zhì)量的uv參數(shù)化，其中，接縫的數(shù)量被最小化。然后，限制網(wǎng)格簡化以防止折疊uv接縫周圍的幾何形狀，使得參數(shù)化的拓?fù)浔槐Ａ?，并且可以在網(wǎng)格被簡化之后簡單地縮小紋理圖像。然而，不利的是，這種限制嚴(yán)重限制了自動網(wǎng)格消減。

4、為了實(shí)現(xiàn)分發(fā)多分辨率內(nèi)容(諸如，大規(guī)模城市攝影測量重建)所需的積極簡化，不能保持原始uv參數(shù)化。換句話說，簡化的網(wǎng)格需要被獨(dú)立地“展開”并且紋理圖集需要被重新生成。為了傳遞顏色信息，需要構(gòu)建兩個網(wǎng)格的參數(shù)化之間的高質(zhì)量1:1映射，這是經(jīng)受現(xiàn)有技術(shù)的計算機(jī)圖形研究的非常重要的任務(wù)。

5、在攝影測量中，可以通過獨(dú)立地計算每個細(xì)節(jié)層次(level?of?detail，lod)網(wǎng)格的紋理來避免不同參數(shù)化之間的映射問題。不利的是，當(dāng)在所得到的紋理化lod之間切換時，這種方法遭受偽影。利用獨(dú)立紋理化，難以確保在表面的每個點(diǎn)處完全一致地選擇投影源及其混合權(quán)重。

6、因此，需要將紋理從高分辨率紋理化網(wǎng)格轉(zhuǎn)移到簡化網(wǎng)格。在利用多于兩個細(xì)節(jié)層次的某些實(shí)施方式中，需要將紋理從最精細(xì)lod轉(zhuǎn)移到所有較粗糙lod，同時確保完美的一致性。

7、此外，為了避免過度模糊、云紋(moire)和其它采樣偽影，在對紋理進(jìn)行下采樣時也期望進(jìn)行高質(zhì)量過濾。

8、在手動3d建模中，3d藝術(shù)家通常使用“紋理烘培”的方法來將諸如高分辨率法線、環(huán)境遮擋等的預(yù)先計算的數(shù)據(jù)存儲在專用紋理中。理論上，該技術(shù)可以用于將顏色從高分辨率網(wǎng)格轉(zhuǎn)移到獨(dú)立展開的簡化網(wǎng)格。來自目標(biāo)表面的射線投射通常用于對源表面進(jìn)行采樣，然而這可能是昂貴的并且不保證高質(zhì)量過濾。本發(fā)明提出直接利用源顏色樣本工作并執(zhí)行它們到目標(biāo)表面的投影，而不是在相反方向上投射光線。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于簡化紋理化多邊形網(wǎng)格的改進(jìn)方法。

2、特別地，目的是提供這樣一種方法，該方法提供用于將紋理數(shù)據(jù)從高分辨率網(wǎng)格傳送到一個或更多個獨(dú)立參數(shù)化的簡化網(wǎng)格的簡單且快速解決方案，同時應(yīng)用高質(zhì)量下采樣過濾器。

3、本發(fā)明的第一方面涉及一種用于簡化三維模型(例如，環(huán)境的模型)的紋理化多邊形網(wǎng)格的計算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，該方法包括：

4、-獲得與第一紋理化多邊形網(wǎng)格相關(guān)的3d網(wǎng)格數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)，第一紋理化多邊形網(wǎng)格具有第一細(xì)節(jié)層次，紋理數(shù)據(jù)包括多個紋素；

5、-基于3d網(wǎng)格數(shù)據(jù)，生成用于第二細(xì)節(jié)層次的簡化多邊形網(wǎng)格，第二細(xì)節(jié)層次低于第一細(xì)節(jié)層次；

6、-基于紋理數(shù)據(jù)，生成用于簡化多邊形網(wǎng)格的簡化紋理；以及

7、-基于所生成的簡化多邊形網(wǎng)格和所生成的簡化紋理來提供簡化的紋理化多邊形網(wǎng)格。

8、根據(jù)本發(fā)明的該方面，生成簡化紋理包括：

9、-將第一紋理化多邊形網(wǎng)格轉(zhuǎn)換為彩色點(diǎn)云，其中，點(diǎn)云的每個點(diǎn)對應(yīng)于一個紋素；

10、-對點(diǎn)云的點(diǎn)進(jìn)行空間排序；

11、-將點(diǎn)云的點(diǎn)投影到簡化多邊形網(wǎng)格的表面；以及

12、-使用重采樣過濾器對投影點(diǎn)進(jìn)行過濾。

13、根據(jù)該方法的一些實(shí)施方式，將第一紋理化多邊形網(wǎng)格轉(zhuǎn)換為彩色點(diǎn)云包括：對于與第一紋理化多邊形網(wǎng)格的表面上的表面點(diǎn)對應(yīng)的每個紋素：

14、-計算表面點(diǎn)的世界坐標(biāo)；以及

15、-將點(diǎn)-顏色對添加到陣列。

16、根據(jù)所述方法的一些實(shí)施方式，對所述點(diǎn)進(jìn)行空間排序包括：

17、-使用kd排序算法來實(shí)現(xiàn)對k維樹所暗示的點(diǎn)集的排序；以及

18、-原地對點(diǎn)進(jìn)行重新排序。

19、在一些實(shí)施方式中，使用快速選擇部分排序算法來找到k維樹的每個層次處的中值。

20、根據(jù)該方法的一些實(shí)施方式，對點(diǎn)進(jìn)行投影包括：對于簡化網(wǎng)格的每個紋素(texel)和對應(yīng)的世界位置：

21、-找到彩色點(diǎn)云中的在相應(yīng)世界位置周圍的給定半徑內(nèi)的所有附近點(diǎn)，以及

22、-將找到的點(diǎn)沿著包含簡化網(wǎng)格的紋素的簡化網(wǎng)格的表面的平面的法向量投影到所述平面。

23、重采樣過濾器優(yōu)選地是高質(zhì)量過濾器。根據(jù)該方法的一些實(shí)施方式，重采樣過濾器是三次過濾器。

24、根據(jù)該方法的一些實(shí)施方式，紋理信息包括顏色信息，并且紋理包括顏色。在一些實(shí)施方式中，顏色信息是至少8位(例如，16位、32位等)rgba顏色信息。

25、根據(jù)一些實(shí)施方式，該方法包括接收定義較低細(xì)節(jié)層次的用戶輸入。

26、根據(jù)該方法的一些實(shí)施方式，至少生成簡化多邊形網(wǎng)格、生成簡化紋理和提供簡化的紋理化多邊形網(wǎng)格的步驟是針對多個不同細(xì)節(jié)層次迭代地執(zhí)行的。

27、根據(jù)該方法的一些實(shí)施方式，簡化紋理包括比與第一紋理化多邊形網(wǎng)格相關(guān)的紋理數(shù)據(jù)更少的紋素。

28、根據(jù)該方法的一些實(shí)施方式，生成簡化多邊形網(wǎng)格包括使用網(wǎng)格消減或網(wǎng)格簡化(即，網(wǎng)格消減或網(wǎng)格簡化算法)。在一個實(shí)施方式中，使用二次誤差邊折疊簡化。在另一個實(shí)施方式中，使用體積保持方法。

29、根據(jù)該方法的一些實(shí)施方式，第一紋理化多邊形網(wǎng)格是第一紋理化三角形網(wǎng)格，并且簡化多邊形網(wǎng)格是簡化三角形網(wǎng)格。

30、本發(fā)明的第二方面涉及一種計算機(jī)系統(tǒng)，該計算機(jī)系統(tǒng)包括一個或更多個處理器、數(shù)據(jù)存儲器、圖形處理單元(graphics?processing?unit，gpu)、輸入裝置和顯示屏，其中，所述計算機(jī)系統(tǒng)被配置用于執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法。

31、本發(fā)明的第三方面涉及一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，該計算機(jī)程序產(chǎn)品包括存儲在機(jī)器可讀介質(zhì)上或由包括程序代碼段的電磁波體現(xiàn)的程序代碼，并且具有用于特別是當(dāng)在根據(jù)第二方面的計算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行時執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法的計算機(jī)可執(zhí)行指令。

技術(shù)特征：

1.一種用于簡化三維模型的紋理化多邊形網(wǎng)格的計算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法(100)，所述方法包括

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(100)，其中，將所述第一紋理化多邊形網(wǎng)格(2)轉(zhuǎn)換(152)為彩色點(diǎn)云包括：對于與所述第一紋理化多邊形網(wǎng)格(2)的表面上的表面點(diǎn)對應(yīng)的每個紋素，

3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法(100)，其中，對所述點(diǎn)進(jìn)行空間排序(154)包括

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法(100)，其中，使用快速選擇部分排序算法來找到所述k-維樹的每個層次處的中值。

5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法(100)，其中，對所述點(diǎn)進(jìn)行投影(156)包括：針對所述簡化網(wǎng)格的每個紋素和對應(yīng)的世界位置，

6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法(100)，其中，所述重采樣過濾器是三次過濾器。

7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法(100)，其中，所述紋理信息(24)包括顏色信息，并且所述紋理包括顏色。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法(100)，其中，所述顏色信息是至少8位rgba顏色信息。

9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法(100)，所述方法包括：接收定義較低細(xì)節(jié)層次的用戶輸入。

10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法(100)，其中，至少生成(130)所述簡化多邊形網(wǎng)格、生成(150)所述簡化紋理和提供(170)所述簡化的紋理化多邊形網(wǎng)格(2’)的步驟是針對多個不同細(xì)節(jié)層次迭代地執(zhí)行的。

11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法(100)，其中，所述簡化紋理包括比與所述第一紋理化多邊形網(wǎng)格(2)相關(guān)的所述紋理數(shù)據(jù)(24)更少的紋素。

12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法(100)，其中，生成(130)所述簡化多邊形網(wǎng)格包括：使用網(wǎng)格消減或網(wǎng)格簡化，特別是二次誤差邊折疊簡化或體積保持方法。

13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法(100)，其中，所述第一紋理化多邊形網(wǎng)格(2)是第一紋理化三角形網(wǎng)格，并且所述簡化多邊形網(wǎng)格是簡化三角形網(wǎng)格。

14.一種計算機(jī)系統(tǒng)(1)，所述計算機(jī)系統(tǒng)包括一個或更多個處理器、數(shù)據(jù)存儲裝置(20)、圖形處理單元(15)、輸入裝置(11)和顯示屏(12)，

15.一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計算機(jī)程序產(chǎn)品包括程序代碼，所述程序代碼存儲在機(jī)器可讀介質(zhì)上或者由包括程序代碼段的電磁波體現(xiàn)，并且所述計算機(jī)程序產(chǎn)品具有計算機(jī)可執(zhí)行指令，所述計算機(jī)可執(zhí)行指令用于尤其當(dāng)在根據(jù)權(quán)利要求14所述的計算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行時執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
網(wǎng)格簡化中的紋理轉(zhuǎn)移。本發(fā)明涉及用于簡化三維模型的紋理化多邊形網(wǎng)格的計算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，包括：獲得與第一紋理化多邊形網(wǎng)格相關(guān)的3D網(wǎng)格數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)，第一紋理化多邊形網(wǎng)格具有第一細(xì)節(jié)層次，紋理數(shù)據(jù)包括多個紋素；基于3D網(wǎng)格數(shù)據(jù)生成用于第二細(xì)節(jié)層次的簡化多邊形網(wǎng)格，第二細(xì)節(jié)層次低于第一細(xì)節(jié)層次；基于紋理數(shù)據(jù)生成(150)用于簡化多邊形網(wǎng)格的簡化紋理；基于所生成的簡化多邊形網(wǎng)格和所生成的簡化紋理提供簡化的紋理化多邊形網(wǎng)格，生成簡化紋理包括：將第一紋理化多邊形網(wǎng)格轉(zhuǎn)換(152)為彩色點(diǎn)云；對點(diǎn)云的點(diǎn)進(jìn)行空間排序(154)；將點(diǎn)云的點(diǎn)投影(156)到所述簡化多邊形網(wǎng)格的表面；使用重采樣過濾器過濾(158)所投影的點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：J·塞爾維尼,J·扎普萊塔爾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：梅隆科技公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9