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网上三维几何模型的传送 浙江大学 CAD&CG 国家重点实验室 虚拟现实和多媒体研究室

网上三维几何模型的传送 浙江大学 CAD&CG 国家重点实验室 虚拟现实和多媒体研究室. 内容. 1. 背景介绍 2. 多分辨率 造型 3. 几何压缩 4 . 分布式 VRML 场景的交互观察 5. 要进一步 研究的问题. 1 背景介绍. 1.1 什么是多分辨率模型？ (1) 两种含义 * 网格的一种紧凑表示，从这种表示可以得到任意分辨率的模型 * 一组不同细节层次 (level of detail, 简称 LoD) 的模型 (2) 特点 * 紧凑表示 / 网格压缩 * LoD 模型间的连续过渡.

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网上三维几何模型的传送 浙江大学 CAD&CG 国家重点实验室 虚拟现实和多媒体研究室

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  1. 网上三维几何模型的传送浙江大学CAD&CG国家重点实验室虚拟现实和多媒体研究室网上三维几何模型的传送浙江大学CAD&CG国家重点实验室虚拟现实和多媒体研究室

  2. 内容 1. 背景介绍 2.多分辨率造型 3. 几何压缩 4 .分布式VRML场景的交互观察 5. 要进一步研究的问题

  3. 1 背景介绍 1.1 什么是多分辨率模型？ (1) 两种含义 * 网格的一种紧凑表示，从这种表示可以得到任意分辨率的模型 * 一组不同细节层次(level of detail, 简称LoD)的模型 (2) 特点* 紧凑表示/网格压缩* LoD模型间的连续过渡

  4. 例子(3166, 1769, 839 个三角形)

  5. 1.2 多分辨率模型的用途 * 减少模型复杂度和硬件性能之间的矛盾 * 支持实时绘制和交互 * 提高增强式计算问题的效率 辐射度计算光线跟踪碰撞检测复杂可视化 仿真* 缩短网上几何模型的传输时间

  6. 表1 不同细节模型的传输时间对比( time: ms) Lod Data size 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Lod0 943160 591 581 570 581 581 590 581 581 581 581 Lod1 747905 471 471 470 460 471 461 461 471 460 471 Lod2 553015 350 350 350 350 350 360 350 351 351 351 Lod3 356675 240 230 230 250 240 231 240 240 240 240 Lod4 174890 120 121 120 130 130 120 120 121 120 131 Lod5 41165 40 40 40 40 40 40 40 40 30 40

  7. 1.3 几何压缩技术的提出 * 三维几何模型的存储 * 缩短网上几何模型的传输时间 * 该技术可用在： 分布式虚拟现实 协同应用 多用户视频游戏

  8. 2. 多分辨率造型简述2.1 多分辨率造型方法 * 基于小波的方法 [M. Eck-et al. 95 ]* 基于网格简化的方法(1) 多分辨率小波造型方法两步:(a) 构造基网格 (b) 细分基网格构造新网格

  9. (2) 基于网格简化的方法构造连续LoD模型，相邻两个细节层次模型间 的差别就是一次简化操作. 典型的例子:* 累进网格(PM) [H. Hoppe 96]* 粘合多分辨率模型 (GMM) [A.Ciampalini 98]* 多分辨率模型(MRM) [Pan 99]

  10. (3) PM(a) 基本思想 (b) PM的用途 * 有效地生成LoD * 支持累进传输 * 网格压缩 (4) GMM(a) 基本思想 (b) 限制: 不能处理由单独分离的物体组成的场景

  11. 2.2 网格简化技术 * 近平面合并* 重新划分* 顶点/边/面删除* 顶点聚类* 边/三角形折叠......

  12. 2.3部分研究结果 (一) 改进的网格简化和PM生成方法 (1)基本思想 * 使用三角形折叠操作 * 采用二次误差矩阵(2) 特点 * 大大简化原始模型 * 支持PM的构造

  13. Fig. 边折叠

  14. Fig. 三角形折叠

  15. (3) 算法框架 Step 1: 计算每个三角形的误差矩阵. Step 2: 对每个三角形，根据误差矩阵计算折叠生成顶点的位置并计算由此带来的误差. Step 3: 根据折叠误差按升序排列所有的三角形为一队列. Step 4: 取出三角形队列中的第一个三角形执行折叠操作，更新相应的信息. Step 5: 如果三角形队列为空或误差要求已经达到，则转Step 6，否则转Step 4. Step 6: 结束

  16. Fig LoD 模型 (2892,1079,493,220 个三角形)

  17. Fig LoD模型 (16629,6464,3079,634 个三角形)

  18. Fig LoD 模型 (3760,1842,734 个三角形)

  19. (二) 多分辨率BSP树和多分辨率造型系统 (1) 基本思想和特点* 集成BSP树和LoD来支持实时绘制 * 在预处理过程中为整个LoD模型生成一个MRBSP树 * 当LoD模型被替换时，不需要重建MRBSP树. * 保持了传统BSP树的优点 * 根据视点生成动态的LoD模型 * MRBSP支持LoD模型间的平滑过渡

  20. (2) 相关工作[Wiley et al. 1997] 提出了一种把LoD模型结合到修改了的BSP树中的方法.局限: (a) 使用静态LoD模型(b) 跳跃式增长 (3) 多分辨率模型表示 (MRM) * MRM 可以被当作 GMM 模型的树. * MRM 用边折叠算法生成

  21. (4) MRM 生成算法 Step 1: 输入原网格M, 初始化顶点，边，三角形和MRM的 数据结构;Step 2: 对每条边计算其折叠后的误差，并根据生成一个 边队列;Step 3: 取出边队列中的第一条边e ，折叠 e并把新生成的 顶点和三角形插入MRM，同时修改MRM中相关三 角形的出生误差和死亡误差;Step 4: 根据更新的误差重新排列边队列，如果边队列非空 则转Step 3;Step 5: 输出MRM .

  22. Table ：传统BSP 树和MRBSP 树的比较 BSP 类型 Model 三角形数目构造时间 绘制时间 运行时间 Molecular 7344 336,343 280 336,623 Fish 6280 90,100 120 90,220 传统 Cow 5804 57,082 130 57,212 BSP 树 Angel 2232 7,350 40 7390 Sphere 1680 1,012 30 1,042 Head 1355 7,711 50 7,760 MRBSP 树 Molecular 31658 995,311 741 741 Fish 27039 1198,714 290 290 Cow 25085 497,660 290 290 Angel 9555 107,405 120 120 Sphere 7225 681,831 80 80 Head 5779 137,437 180 180

  23. Fig. 多分辨率造型系统的用户界面

  24. Fig: 用多分辨率造型系统生成的 LoD 模型

  25. Fig: 多分辨率造型系统生成的 LoD 模型

  26. Fig: 多分辨率造型系统的连续LoD 模型

  27. Fig: 场景中有多个物体

  28. Fig:场景中有多个物体

  29. 例子

  30. (三) 基于LoD和可见性裁剪的限时图形绘制 (1) 基本思想和特点 • 限时图形绘制 • LoD + 可见性裁剪

  31. 恒帧速率绘制图例 81690面片， 0.51 帧/秒 6000面片； 3.44帧/秒 488577面片， 0.39 帧/秒 6000面片； 4.21帧/秒

  32. (四)几何模型的水印 • 数字水印 (a) 数字化的数据内容（如音频、视频、图象或文本）中的一段 隐藏信息 (b) 有效的数字水印必须具备以下基本特征：透明性,强壮性,安全性 (c) 水印流程通常分为三个部分：水印插入、水印提取和水印检测(d)水印的应用方法包括: (a) 强壮型水印: 版权保护, 拷贝追踪,使用控制,可靠性鉴别 (b)脆弱型水印: 身份验证, 完整性验证 (e) 数字水印技术提供了一个新的手段，可以实现有效的版权保护、 文件鉴定、完整性验证、隐藏标记或注释等。

  33. 图：原始模型和水印后的模型 6769 顶点 ，13472 面片

  34. 攻击后的模型(1)

  35. 攻击后的模型 (2)

  36. 攻击后的模型(3)

  37. 图：场景和纹理

  38. 图：水印后的图象和攻击后的图象

  39. 3.三维几何数据压缩 3.1 单分辨率模型的几何数据压缩* 基于通用三角形网格的几何压缩 （Michael Deering） * 三角网格连接关系实时压缩 (Stefan Gumhold) * 基于拓扑分解方法的几何压缩 (Taubin,Rossignac)

  40. 表 三种几何压缩方法性能比较 压缩方法 压缩比 压缩精度 压缩/解压缩的 连接关系 坐标数据 时间比 基于通用三 角形网格 6/1--10/1 有损 有损 3/1 三角网格 连接关系 8/1--12/1 无损 有损 2/1 基于拓扑 分解方法 50/1 左右 无损 有损 35/1

  41. 3.三维几何数据压缩 3.2 多分辨率模型的几何数据压缩*离散多分辨率模型压缩 （ Stefan Gumhold ） * 累进森林剖分压缩 (Gabriel Taubin)

  42. 4.分布式VRML场景的交互观察 （1） 问题的提出*目前Internet的传输速度仍不能满足分布式虚拟现实系统的实时性和交互性要求。 （2） 我们的方法* 设计并实现了一个VRML场景的交互浏览系统 ＊通过提取场景描述图，用户可选择感兴趣的部分 场景传输，以减少网络数据量和提高系统实时性 *系统中还集成了细节层次算法来简化复杂场景，从 而加速绘制。

  43. 4.分布式VRML场景的交互观察 （3） 系统模型

  44. 5.要进一步研究的问题 * 并行动态简化* 把LoD集成到限时绘制中(Temporal LoD) * 基于视觉感知的LoD (Perceptual LoD) * LoD的应用（CAD,GIS, 游戏,….） * VRML模型的水印

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