紧凑的累进网格数据格式及其网络传输

以基于三角形折叠的三角网格简化算法为基础，给出一种支持三维模型数据累进传榆的数据存储格式，并讨论了该格式在网络环境下的数据压缩问题。该方法首先记录网格简化过程中网格局部的连通性（Connectivity）修改信息，并通过对原始网格中的顶点和面片进行重新排序．生成了由基网格和累进记录序列组成的累进网格数据格式；通过对累进数据格式中的连通性信息进行哈夫曼编码，以及顶点数据的区段离散化，实现了网格拓扑信息的无损压缩和可以预测精度的几何信息压缩。结果显示，利用紧缩的累进数据格式，可自由地实现任意三角网格模型连续分辨的变进或变出，并且相关编，解码过程简单、快速，模型数据的压缩比较高。该数据格式及其数据压缩方法可用于三维模型的压缩存储和网络传输。     

一种实时连续LOD技术的改进算法

建立多层次细节模型是提高大规模地形场景绘制速度的关键技术。本文在传统的基于四叉树的实时连续LOD生成算法基础上,提出了一种改进算法。该算法首先采用Mortan码的编码方式对地形数据简化,利用不完全四叉树存储简化后的高程数据,然后根据视点位置和网格空间对象误差的关系建立基于不完全四叉树的LOD模型,最后采用背面剔除算法将起伏地形的不可见部分去除。笔者使用该方法描述荆江地区的地形,取得了较好的简化效果。     

(3)细分模式的尖锐特征造型

提出一种利用改进的3细分模式重建模型尖锐特征的算法.根据初始网格上标记的各种两个新点、保持尖锐边不动,偶数次细分重新计算所有顶点坐标并连接两个新插入顶点的方法重建出初始网格上的各种尖锐特征.此外,还给出了算法的极限曲面在不同尖锐特征处的连续性分析.实验结果表明该算法具有较强的多分辨表达能力和较高的曲面拟合质量.     

基于视觉特征度量的模型简化算法

人的视觉系统通常对模型的高曲率变化区域、尖角、边界轮廓等几何特征格外敏感。基于视觉特征度量的模型简化算法,在简化过程中通过调整网格顶点的简化误差来改变边折叠的次序,优先保留模型视觉敏感区域的网格;从而解决了模型网格的各部分简化力度趋于均衡的问题,最大限度地保留了原模型的视觉冲击。经实验,在同等简化力度下得到的简化结果能够突出原模型的视觉特征,具有明显优势。     

医学仿真中一种高效的生物组织几何建模方法

在生物医学仿真系统的应用背景下,以医学体数据为数据来源,提出一种高效的生物组织几何建模方法。该方法包括等值面提取、等值面预处理、Delaunay表面重建和四面体填充四个部分。引入基于二义性检测索引表的Marching cubes算法,保证生成等值面拓扑的正确性;提出三角形顶点射线法去除等值面简化后内部遗留的冗余网格;引入顶点控制球策略,克服限定Delaunay细分算法无法收敛的缺陷,有效生成Delaunay表面模型;提出自适应的内部节点添加技术进行Delaunay四面体填充。实验表明,提出的方法在有效保证网格拓扑的基础上,可根据需求生成满足Delaunay准则的目标组织几何模型。生成的模型已应用于生物医学仿真系统。     

一种新颖的网格综合优化算法

用三角网格逼近三维扫描所得散乱点集,实现曲面重构,是一种得到广泛应用的技术。为了提高网格对物体表面的逼近精度,需要对网格进行优化。提出一种新颖的网格综合优化算法,将基于SOM的网格优化模型和节点分裂算法有机结合,使网格中顶点的分布更符合散乱点数据的空间分布,使网格更好地逼近数据点集,还通过分裂大度数顶点来改善网格的拓扑关系,使其更好地反映原始数据点集的拓扑特征,也使得网格更加平滑。试验结果表明,该算法取得的网格优化效果良好。     

多分辨率模型生成中颜色和纹理属性的处理

现有的图形处理系统难以对非常复杂的模型进行实时的存储，传输，显示等，一种有效的方法是根据要求生成一系列的多分辨率的简化模型。本文实现一种算法，不仅能进行几何简化，还能简化模型的表面属性，包括：颜色和纹理。本文对这个算法进行了详细介绍，并用图例显示了各种属性简化的结果。该方法可用在虚拟现实，计算机辅助设计和科学可视化领域。     

基于三角形形态变化的网格模型简化算法

着重分析和研究了在模型简化过程中因对视觉效果考虑不足而导致的视觉特征急剧改变问题,因简化算法的误差积累而容易错误地选择折叠边的问题,提出了一种基于三角形形态变化的网格简化算法,该算法在计算边的折叠代价时将边的长度以及边折叠后生成的三角形内角与等边三角形内角的差异作为加权因子,在计算顶点的二次误差测度时考虑顶点周围每个三角形的面积因素,对每个顶点的二次误差测度求均值,有效地解决了上述问题。经实验验证和对比分析,证明了本算法的有效性。     

一种基于特征的实时LOD模型生成算法

在虚拟现实系统的复杂场景中为了加速复杂场景绘制，一般采用层次细节(Level of Detail)模型的方法。一般的LOD方法主要基于几何外观决定形体被简化的部分和简化程度。针对某些特定应用，提出了一种基于特征的LOD模型生成算法，以对某种特征的度量值为权重对几何特征进行调制，在简化后的模型中充分保留了该特征。算法简单直观，所生成的LOD模型能连续平滑过渡，并且满足实时显示的要求。实验结果表明了算法的有效性。     

高质量保形三角网格简化算法

网格简化算法在多分辨率模型显示、三角网格模型重构、网络传输等领域应用广泛,但是目前的简化算法简化后的网格,经常会出现极大、极小、狭长的三角片,质量不高。在基于QEM(QuadricErrorMetric)简化方法的基础上,提出了在点对折叠代价中引入折叠点对关联形状因子、法向量的夹角因子、边长的非线性加权因子3种优化因子,并配合虚折叠回退操作,对简化过程中网格质量进行综合优化,并取得了较好的简化结果。     

一种新型的感知逼真的渐进网格简化算法

网格简化是计算机图形学中一个传统的研究课题,它对网格的存储和传输处理以及实时绘制都有着重要的意义。在视觉感知理论的指导下,提出一种新型的渐进网格简化算法,在简化过程中尽量保持视觉敏感的区域。依据半边折叠的能量函数来有效控制几何误差。实验表明,此算法不但可以生成一系列感知逼真的细节等级模型,而且具有很好的时间复杂性。     

一种面向交互式虚拟环境的自适应变形方法

研究针对交互式虚拟环境提出了一种自适应变形方法,基于累进网格和层次式聚类,为模型构建一个累进网格二叉树;根据此结构和环境参数,将网格模型划分为若干个子网格分别进行简化,再缝合成一个多细节层次模型作为变形过程的输入。为了简化变形过程,变形约束被标准化为四种变形基元,根据空间映射规则投影到多细节层次模型上,控制变形操作和保持模型属性不变。实验表明该方法能够动态地灵活地构建多细节层次网格模型和调整各种变形约束,并应用在一个交互式虚拟环境即虚拟博物馆浏览系统中,实现实时的变形操作和良好的视觉效果。     

多分辨率网格的数据压缩

针对任一个三角形网格模型，按其简化顺序，对其三角形表数据进行重新排列，将其直接构造成一个多分辨率表示，构造的多分辨率表示与单分辨率表示完全一样，其存储空间是原模型的存储空间100％，达到了多分辨率表示存储空间的下限，实现了多分辨率表示与单分辨率表示的统一。进一步地，对多分辨率模型的三角形表数据的存储空间再进行压缩。实验表明：压缩后的三角形表数据的存储空间是压缩前对应的存储空间的70％，比单分辨率表示方式还简单、省空间。本文的多分辨率表示的构造方法及数据压缩方法非常简单，适合一般的三角形网格模型。     

面向虚拟矿山的复杂异构地形网格渐变仿真

针对虚拟矿山动态仿真中地形网格具有规模大、结构复杂和变化前后拓扑异构等特点,实现了一种边界一致的快速异构网格渐变仿真方法。首先将大地形网格划分为静态区和动态区,对变化前后的动态区网格进行双向插值,实现顶点对应和拓扑重构;然后利用k-d树等结构建立动态区顶点和三角形网格的空间索引关系,实现对地形网格变化区域的快速查找和更新;最后根据地形网格特征自动计算符合实际生产工艺的渐变推进方向。通过实验表明,该方法在效率和逼真度方面均能满足虚拟矿山动态可视化仿真需求,可以较好地完成复杂地形网格渐变模拟过程。     

一种新的地景模型简化与快速绘制方法

地景模型是一类重要模型。它可以广泛应用在航空，航天与军事指挥等领域，但由于其数据量极大，如何实现快速绘制是一个难题，本文在分析地景模型数据特点的基础上，提出了地景模型简化的判决准则，并根据该准则提出了基于视点与图像分辨率的区域数据抽取与网格重构方法，以及基于法矢量（梯度）的模型简化及其LOD层次表示，最后进行了实验验证，结果表明，该方法数据压缩量大，绘制速度快，且逼真度无明显变化。     

基于外存的大规模虚拟环境交互漫游

针对大规模虚拟环境的交互漫游,提出了一种基于外存的场景数据组织方法,并给出了相应的交互漫游算法。首先将场景数据分块组织成八叉树层次结构,然后为每个八叉树节点生成渐进网格表示。在实时绘制阶段,利用八叉树层次进行粗的全局细化,利用渐进网格进行细的局部细化。该方法可以对具有上千万三角形面片的大规模虚拟环境进行交互绘制,并且可以得到连续的LOD变化,消除交互漫游时的“Popping”(跳跃)现象。     

基于体积分布特征匹配的三维实体网格模型检索

在分析三维网格数据结构的基础上,提出一种基于特定轴向上体积分布特征的三维网格模型检索方法。该方法首先运用主元分析法确定模型的主轴方向,并将模型旋转至特定势态,再以一组等距的平行平面从三个主轴方向对模型进行剖分处理,并计算相应截面多边形的面积,进而得到模型沿不同轴向的体积分布数据,该数据描述了三维模型的几何特征。通过对模型体积分布特征数据进行建库和匹配,可计算出任意两个模型的相似性度量,从而实现了三维网格模型的数据库检索。实验表明,该方法程序运行稳定、快速,可以处理具有任意几何和拓扑复杂性的实体模型。