三角网格模型快速拓扑重构及多分辨率显示技术

作     者：陈义明 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：罗晓芳

授予年度：2021年

学科分类：081203[工学-计算机应用技术] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：拓扑重构 多线程 网格简化 二次误差度量 特征保持 

摘      要：随着计算机技术的不断发展,网格模型逐渐运用于各个领域,包括影视动画,地理地图信息,虚拟现实,计算机视觉,计算机图形学,计算机辅助设计,有限元方法,计算几何等。工程领域中STL格式的三角网格文件常用于传输工程对象的三角网格模型,随着模型精度的提高,网格文件的数据量逐渐增大,数据量较大的三角网格文件不仅给计算机的存储、计算、传输带来了巨大的挑战,还一定程度上影响了模型的显示效率,给后续的模型处理带来困难。针对复杂的三角网格模型,本文的研究工作主要分为两部分,一方面提高文件读取及网格数据拓扑重构的效率,另一方面通过网格简化算法简化模型,构建模型的多分辨率表示形式。在文件数据读取及重构方面,本文提出了一种多线程内存映射的方法。利用内存映射技术建立文件与内存之间的映射关系,减少系统I/O操作,提高文件读取速度,当文件数据量比较大时,本文采用分段映射的思想,使用多个线程同时并行读取各个分段的数据,读取过程中建立三角形几何元素之间的拓扑邻接关系,实验结果表明,该方法有效提高了文件读取及数据重构效率。在多分辨率模型显示方面,运用网格简化算法得到不同分辨率的简化模型。在众多的网格简化算法中,二次误差度量算法计算简单,简化速度快,一定程度上能够保持模型的整体特征。但当模型的数据量比较大时,随着计算量的增加,该算法的简化效率开始下降,且模型整体的简化效果比较均匀,这样在简化率较大时容易丢失模型的局部细节特征。针对该问题,本文利用区域划分技术进行网格模型的简化,简化之前首先利用区域生长法对网格表面进行区域划分,划分后每个区域的三角形具有相似的几何特征,使得二次误差的计算可以由区域为单位进行,大大减少了计算量,使得模型的简化速度得到了有效的提高。之后针对二次误差度量算法容易丢失模型局部特征的问题,采用特征保持的网格简化方法,在二次误差度量的基础上同时考虑折叠边的类曲率及其边长,在总的折叠误差的作用下,优先简化较平坦的网格区域,推迟简化特征明显的三角形区域。实验结果表明,本文提出的网格简化算法在简化速率及简化效果方面较常用的二次误差度量算法均有较好的表现。