多分辨率造型及其在虚拟现实中的应用38.ppt

多分辨率造型及其在虚拟现实中的应用 概要 1 背景介绍1 1什么是多分辨率模型1 2为什么多分辨率模型有用1 3多细节层次模型 多分辨率模型1 4多分辨率模型的应用2 多分辨率造型简述3 我们VR小组的一些研究4 结论 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 levelofdetail 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 例子 3166 1769 839个三角形 1 2为什么多分辨率模型有用 1 多边形的表示 多边形是计算机图形学中最普遍的元素 特定的硬件能快速绘制多边形 多边形可以近似地表示任何模型 2 问题 表示复杂模型需要大量多边形 高端图形系统每秒能绘制1M多边形 交互应用一般需要30fps的帧速率 图形硬件很难跟上模型复杂度的增长 1 2为什么多分辨模型有用 3 多分辨率模型 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 增加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 1 3多细节层次模型 多分辨率模型 1 LoD a 使用不同的LoD来表示原始模型 b 选择标准 距离 运动 在视窗中的位置 投影在屏幕上的大小 2 LoD模型和多分辨率模型间的差别 离散 连续 一组模型 紧凑表示 1 4多分辨率模型的应用 1 CG CAD和VR VE 2 GIS geographicsinformationsystem 3 通用仿真 飞行模拟 4 交互式ViSC 5 分布式VR 协同设计 2 多分率造型简述2 1多分辨率造型方法 基于小波的方法 M Eck etal 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 多分辨率造型方法 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 Hoppe96 粘合多分辨率模型 GMM A Ciampalini98 多分辨率模型 MRM Pan99 多分辨率造型方法 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 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 3我们VR小组的一些研究结果 3 1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 Fig 边折叠 Fig 三角形折叠 3 算法框架 Step1 计算每个三角形的误差矩阵 Step2 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 Step3 根据折叠误差按升序排列所有的三角形为一队列 Step4 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 Step5 如果三角形队列为空或误差要求已经达到 则转Step6 否则转Step4 Step6 结束 4 构造基于三角形折叠的PM 5 实验结果Table1我们算法和Garland算法运行时间的对比 原模型 tri 简化模型 tri Garland算法 s 我们的算法 s surface 5000 27213 436 76terrain 8192 187229 8511 86bunny 69473 23061777 18332 10 FigLoD模型 2892 1079 493 220个三角形 FigLoD模型 16629 6464 3079 634个三角形 FigLoD模型 3760 1842 734个三角形 3 2多分辨率BSP MSRBSP 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 2 相关工作 Wileyetal 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 4 MRM生成算法 Step1 输入原网格M 初始化顶点 边 三角形和MRM的数据结构 Step2 对每条边计算其折叠后的误差 并根据 生成一个边队列 Step3 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 Step4 根据更新的误差重新排列边队列 如果边队列非空则转Step3 Step5 输出MRM 5 MRBSP树的表示 在3D几何空间 x y z 中 MRBSP树可以表示为包含几何空间 x y z 和分辨率参数t的4D空间中的元组 假设传统BSP树有形式bspfi 那么我们的MRBSP可以描述如下 mrbspf t 1 t bspf1 2 t bspf2 m 1 t bspfm 1 m t bspfm 1 Wheret 1 2 m and j t 1ift j 2 6 MRBSP树的细分 为了加速MRBSP树的构造和绘制过程 我们根据模型误差把MRM分成几个子MRM 并为每个子MRM构造子MRBSP树 MRM中的每个面都有生命期 birth time death time 并且MRM中所有面的生命期的总和就是LoD模型的分辨率 0 Emax Fig MRBSP的细分 7 MRBSP树的构造算法 Step1 把 0 Emax 按指数规律分成m个子集E i 并且初始化三角形集合TS i Step2 对每个三角形T MRM 如果life T E i 则TS i TS i T Step3 对每个三角形集合TS i i 1 m 循环地做Step4 8来构造和TS i 相关的MRBSP子树MRBSP i Step4 如果TS i 则令TS TS i Step5 如果TS 则从TS中选择一个分割平面P Step6 对每个三角形F TS i 根据平面P判断F 如果F在P上 则把F插入当前的根节点 如果F整个地位于平面P的一侧 则把F插入它所在的一侧的子集 Step7 如果F跨越平面P 则它应当被分为两个或更多的部分 并把每部分插入到该部分所在的一侧对应的子集 Step8 通过为两个子集列表做Step5 8来递归地构造MRBSP i 的MRBSP树 当MRBSP i 构造完成 转到Step3做下一个三角形集合 Step9 输出MRBSP树集合 8 实验结果 Table 多个MRBSP树子分的统计结果子分层次构造时间 ms MRBSP节点绘制时间 ms LoD1LoD2LoD3LoD4LoD5113 28026 8369090857565213 93020 30670706560 0313 42914 464605045 0 0410 6366 93025206 0 0 LoD1 180triLoD2 120triLoD3 60triLoD4 25triLoD5 10tri 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Molecular7344336 343280336 623Fish628090 10012090 220传统Cow580457 08213057 212BSP树Angel22327 350407390Sphere16801 012301 042Head13557 711507 760MRBSP树Molecular31658995 311741741Fish270391198 714290290Cow25085497 660290290Angel9555107 405120120Sphere7225681 8318080Head5779137 437180180 Table 使用MRBSP树多个LoD模型的绘制时间 模型参数层次 b 层次 c 层次 d 层次 e 层次 f Molecular三角形数目734439381822800364model绘制时间 ms 741540330150120Fish三角形数目628031261488624266绘制时间 ms 29024023015070Cow三角形数目579232241586682292绘制时间 ms 29025022015075Angel三角形数目2232122658424694绘制时间 ms 1201101107030Sphere三角形数目168084042219284绘制时间 ms 8068502720Head三角形数目135587541217371绘制时间 ms 1801601207020 Fig 我们的多分辨率造型系统的用户界面 Fig 用我们的多分辨率造型系统生成的LoD模型 Fig 用我们的多分辨率造型系统生成的LoD模型 Fig 我们的多分辨率造型系统的连续LoD模型 Fig