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三维模型简化算法与演示平台的研究

作　者: 吴献尧
导　师: 袁艳
学　校: 中南大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 网格简化 边折叠 细节层次 OpenGL 渐进网格
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


在计算机图形学、虚拟现实、计算可视化等应用领域,常常涉及复杂三维模型的实时绘制与显示。随着图形真实感的需要以及模型和几何场景的高度细节化,对计算机的存储容量、计算速度、绘制时间等都带来了巨大的压力。为有效解决这一难题,可对三维模型进行简化和生成多层次细节模型。模型简化是在不严重损失物体的视觉特征的前提下,采用适当的简化算法减少该模型的面片数、边数和顶点数,用较少数目的多边形来表示物体,减少了模型的复杂性。而为模型提供不同层次的细节,可以有效控制场景物体复杂度和加速图形绘制速度,是解决复杂场景与计算机计算能力、图形控制系统实时能力不匹配的一种有效途径。本文首先对现有模型简化算法进行分析,在二次误差网格简化算法的基础上,提出了一种基于局部重心度量的边折叠简化算法。算法根据三角形顶点到相邻三角形集合重心的距离的平方和作为误差度量，结合LOD (Level of Detail)细节层次技术,构造多细节层次模型,并利用提出的相邻三角形集合概念,有效地消除了渐进网格二义性问题。利用VS 2005结合三维图形库OpenGL开发了网格模型简化的应用程序,支持PLY格式的标准三维几何模型的输入。程序集成了本文提出的算法,并将简化模型与QEM算法进行了对比。实验结果表明,本文提出的算法通过新的折叠代价,合理分配网格,改变了边的折叠次序,保持了模型的视觉特征,进一步减少了简化模型视觉上的退化,并且速度更快。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-19
  1.1 概述  8
  1.2 网格简化  8-13
    1.2.1 网格简化研究现状  8-9
    1.2.2 网格简化算法分类  9-12
    1.2.3 网格简化算法分析  12-13
  1.3 LOD技术  13-17
    1.3.1 离散LOD模型  15
    1.3.2 连续LOD模型  15
    1.3.3 LOD模型特征  15-16
    1.3.4 LOD实例  16-17
  1.4 论文的主要内容和创新点  17
  1.5 论文结构安排  17-19
第二章 基于二次误差的边折叠简化算法  19-25
  2.1 边折叠简化算法  19-21
    2.1.1 边折叠  19
    2.1.2 折叠条件的合法性  19-21
  2.2 二次误差矩阵  21-22
  2.3 新顶点位置的确定  22-23
  2.4 算法步骤  23
  2.5 算法简化效果  23-24
  2.6 本章小结  24-25
第三章 渐进网格  25-32
  3.1 渐进网格简介  25
  3.2 渐进网格算法  25-27
  3.3 渐进网格的简化与重建  27-28
    3.3.1 PM的简化  27
    3.3.2 PM的细分与重构  27-28
  3.4 渐进网格的二义性  28-30
  3.5 渐进网格实例  30
  3.6 本章小结  30-32
第四章 基于局部重心度量的边折叠简化算法  32-51
  4.1 顶点的局部重心度量  32-34
    4.1.1 概念定义  32-33
    4.1.2 新顶点的确定  33
    4.1.3 算法实现  33-34
    4.1.4 算法总结  34
  4.2 网格简化中的相关问题  34-37
    4.2.1 三角形Flipping技术  34-35
    4.2.2 顶点分裂二义性的消除  35-36
    4.2.3 网格边界的保持  36-37
  4.3 算法实现  37-44
    4.3.1 程序运行环境  37-39
    4.3.2 三维模型格式  39-40
    4.3.3 程序相关设计  40-42
    4.3.4 程序构造算法  42-44
    4.3.5 技术设计困难  44
  4.4 算法平台演示  44-50
    4.4.1 平台的设计与实现  45-47
    4.4.2 算法在平台上演示  47-50
  4.5 本章小结  50-51
第五章 实验结果与分析  51-59
  5.1 与相关算法的比较  51-55
  5.2 本文算法实验结果  55-58
  5.3 本章小结  58-59
第六章 总结与展望  59-61
  6.1 工作总结  59-60
  6.2 研究展望  60-61
参考文献  61-67
致谢  67-68
攻读学位期间主要的研究成果  68

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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