面向移动终端的三维几何简化与传输方法的研究

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近些年来,随着无线宽带通信技术的发展,第三代移动通信系统(3G)正朝着以CDMA为基础,宽带化通信为特征的方向迈进。各式的移动终端设备如移动电话、PDA等,己逐渐成为人们不可缺少的随身物品。移动终端与无线网络上的各种应用需求也日益增加,尤其是在移动网络上三维图形数据的传输及在移动显示屏上显示高质量三维图形的需求日益迫切。移动图形处理是近年来计算机图形学领域的一个研究热点。此外,随着3C融合进程加速,数字家庭相关技术同样得到了迅速发展,通过数字电视终端实现与数字媒体广播端间的三维几何数据传输及交互等,也是当前数字家庭领域的一个重要研究内容。通常在图形应用中,为了获得具备一定真实感的显示效果,三维模型往往都由大量复杂的三角形网格构成,在模型数据存取、传输及显示上都将耗费大量的资源。然而,移动终端及数字电视终端与PC机的特点有着显著的区别,整体渲染资源受限是其固有特点,因此,在移动设备及数字机顶盒上进行三维图形应用受到很大的限制。 “普适计算研究——手语无障碍信息服务的普适计算”(国家自然科学基金重点项目:60533030)是面向2008年北京奥运会及残奥会的重要研究课题,利用三维手语通过普适终端(包括移动终端及数字电视)进行无障碍信息交流是该课题中一个重要研究内容。针对课题中及其他一些移动图形应用中存在的三维图形应用问题,本文展开了面向移动终端的三维几何简化与传输方法的研究。本文的贡献主要体现在以下方面: 从传统的基于几何元素删除的图形简化算法着手研究,在分析总结顶点删除、边折叠、三角形折叠等传统的算法特性的基础上,提出在三角网格中利用多个三角形组合构成及检索n边形的规则,并提出基于n边形折叠的网格简化算法,算法以n边形折叠为基本简化操作,以二次误差作为误差度量。算法包含了Garland的Qslim算法(n=2)及Pan的三角形(n=3)折叠的情况,简化速度和简化模型品质受n的具体取值影响,n取较小的值适用于对简化品质要求较高的图形简化;n值取较大的值则适合于简化速度要求较高的图形应用。 针对移动终端屏幕在不同投影下的轮廓几何误差在实际显示中相差较小的特点,提出一种面向小型屏幕移动终端的轮廓保持的网格简化算法,算法对网格中位于该视线方向上的轮廓相关的三角形进行判定,并分别定义为:轮廓顶点、轮廓边及轮廓角三角形三种类型,分析了三种三角形对轮廓特征的重要程度并分别加入加权保护系数以及定义其折叠规则。通过新折叠规则及加权因子的使用,新算法比Pan等均匀简化的算法在轮廓区域表现得更为出色,即使剩下面片数较少,简化模型的轮廓依然能相对地接近原始模型。 针对用户感知度与移动终端屏幕分辨率相关的特性,提出一种基于感知度量的网格简化算法,算法定义了模型在目标屏幕上的基准显示状态,并通过移动终端分辨率及物体的视距参数计算得到目标屏幕的感知阈值ε及模型的感知度量,通过加权Qslim算法动态地删除不符合显示精度要求的冗余数据。另外,算法还加入了基于感知的尖特征保护,从而能够获得尖特征及整体简化效果与目标用户感知度相匹配的简化模型。算法易于实现,适用于手机、PDA等仅具备低分辨率屏幕的移动终端上的图形应用。 最后,本文还基于移动网络的特性,结合以上提到的简化算法提出相关的移动图形应用系统及传输方法,对弱交互性(仅要求实时交互控制)的移动图形应用,提出基于脚本驱动的远程交互系统,通过在网络上传输脚本数据控制图形的活动来代替频繁的图形传输,从而以减少数据传输量;对于强交互性移动图形应用(要求实时图形数据交互),提出采用基于用户感知简化的流式数据传输系统,并对其网络架构、网络传输协议数据包封包等问题结合移动网络特性进行了相关的讨论。
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