虚拟现实中三维复杂模型简化技术研究

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模型简化是计算机图形学和虚拟现实的一个核心内容,主要研究在计算机图形系统环境中对模型的表示、设计和显示。它在处理中需要进行复杂的计算,并且消耗大量的计算机资源。而且,由于计算机图形显示对于真实性、实时性和交互性要求日益增强,图形工业迈向一体化、集成化和网络化步伐也不断加快,寻求快速的模型简化技术一直是研究的热点。 以几何元素删除实现模型的简化是多细节层次模型自动生成的常用方法。但由于复杂模型庞大的数据量以及模型简化复杂的计算,使得以往的LOD模型生成方法只能预先产生多个离散的简化模型,从而引起实时绘制时图形画面的跳跃。为解决这个问题,人们相继提出了渐进网格模型概念以及三维复杂模型的实时连续的多分辨率绘制技术。这种模型简化方法在快速生成模型和实时显示方面具有很大的优势。本文提出一种新颖的基于包络和三角形折叠的渐进网格生成方法和表示形式。在模型简化的整体效果方面,算法使用包络来控制模型简化的全局误差,保证了简化的整体特征。在生成包络时,本文提出了一种改进的方法来代替通用的数值计算方法,以提高包络的生成效率。在模型简化的局部效果方面,本文提出了三角形折叠和误差矩阵来共同控制模型简化的局部误差的方法,简化的速度比通常的边折叠方法和顶点删除方法更快,对简化过程中产生的空洞的三角化效果更好,使模型的局部特征得到很好的保持。在误差矩阵的设计中,算法能方便地加入颜色、纹理等属性因子,能保证在简化过程中模型的颜色、纹理等属性不失真。在简化过程中算法记录下整个模型简化过程中三角形删除的信息,并利用三角形删除与模型面片个数的对应关系,建立起渐进网格的表示形式。利用这种渐进网格表示形式我们实现了三维复杂模型的实时连续多分辨率绘制。该算法既能用于生成离散的LOD模型,又能用于生成连续的渐进网格。本算法的一个重要特点是可以根据当前视点参数产生连续的多分辨率近似模型,使得被绘制的三角网格模型的面片数目随视点的位置改变而产生连续的变化。 本文对下一步的工作进行了分析并且考虑从性能的优化等方面作进一步的改进。本文的成果对工业产品原型设计、计算机动画和虚拟现实技术中所需的形体表示等图形学与可视化研究方面的问题有一定的理论和实用参考价值。
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