基于公告板云三维模型简化技术的研究与实现

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随着技术的快速发展,三维模型广泛应用在影视动画、3D游戏、计算机辅助设计、地理信息系统等领域,带给人们更逼真的效果与更友好的交互。可是,随着三维模型复杂度的不断增加,这样不仅会占用更大的存储空间,也会耗费更多的计算资源。尤其是在实时渲染领域,为了保证能够和用户友好交互,必须在一定时间内完成绘制,这就要求在实际应用中既能够在一定程度上保持三维模型的视觉效果,同时还要能够提高三维模型的绘制效率。因此,对模型简化算法的研究具有极高的学术和应用价值。本文综合研究了现有的三维模型简化算法,在公告板云算法基础上,从平面优化、纹理优化以及缝隙优化三个方面改进原算法,以求既能在极限简化三维模型的同时,也能最大程度保持原三维模型的几何特征。(1)平面优化公告板云算法的核心就在于选取合适的公告板平面,原算法中在平面选取的质量以及绘制效率上仍然存在改进空间。因此为了避免简化后平面出现狭长区域或者碎点,本文引入法向量偏移量;为了提高简化模型的观感效果,本文引入平面水平量,尽量避免生成的公告板是水平面;为了使原算法中的公告板平面更具代表性,本文在筛选平面时引入距离权重,改善公告板平面的简化质量。在最终拟合平面时引入SVD拟合平面方法,确保算法筛选的有效点集到拟合的平面距离最小。同时平面优化也考虑了算法的效率,引入公告板平面多边形处理,提高公告板云绘制的效率。(2)纹理优化公告板云方法简化带有细节的模型时,表面会丢失许多细节,除非选取的纹理分辨率相当大。因此本文在进行纹理投影时将使用超采样技术提高纹理贴图的质量。对于带有透明度的模型在进行纹理投影时,本文将使用透明度次序无关渲染生成正确混合的纹理贴图。(3)缝隙优化公告板云算法的思想是将模型中满足误差条件的面片集合投影公告板平面上,如果一个共享多个面的顶点被简化到一个平面,这样不可避免会出现缝隙。当简化曲面的时候裂缝显得非常明显,会严重丢失原始模型的几何特征。因此本文将引入关联投影以减少缝隙的数量。对于模型中易分离的曲面部分,将采用基于LOD的曲面简化方法,以求最大程度保存原始模型的几何特征。该算法根据距离原则,由远及近依次采用固定轴向的公告板、替代物以及改进的QEM简化算法来对分离的三维模型进行简化。经实验验证,本文针对公告板云算法的不足提出的改进方案有效且改进后的算法绘制效率较原来提高约5%,简化效果也优于原算法。
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