基于運(yùn)動(dòng)的三維模型空域分割的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于運(yùn)動(dòng)的三維模型空域分割的方法。本發(fā)明依據(jù)模型的運(yùn)動(dòng)對(duì)模型進(jìn)行分割，根據(jù)微分幾何中的一條定理：空間曲線的曲率和繞率完全決定了曲線的形狀，因此本發(fā)明采用曲率和繞率來(lái)衡量模型的運(yùn)動(dòng)，即若兩頂點(diǎn)在每幀的曲率和繞率均相似，則說(shuō)明它們的運(yùn)動(dòng)軌跡很相似，應(yīng)該聚為一類。本發(fā)明完美地將微分幾何與空域分割結(jié)合起來(lái)，采用曲率和繞率表示模型的運(yùn)動(dòng)，不但具有強(qiáng)烈的理論支撐，而且將運(yùn)動(dòng)相似的點(diǎn)準(zhǔn)確地聚為一塊。
【專利說(shuō)明】
基于運(yùn)動(dòng)的H維模型空域分割的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于=維動(dòng)畫模型壓縮的多媒體技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于模型運(yùn)動(dòng)的 空域分割方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)作為當(dāng)今最活躍的學(xué)科之一，主要包括虛擬現(xiàn)實(shí)、=維動(dòng)畫、科學(xué)計(jì) 算可視化和真實(shí)感圖形學(xué)、CAD等先進(jìn)技術(shù)。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在很多領(lǐng)域已 經(jīng)得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，其中=維動(dòng)畫技術(shù)在藝術(shù)、科學(xué)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與展示、飛行模擬和 軍事仿真等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著其特有的優(yōu)勢(shì)。
[0003] 但是隨著計(jì)算機(jī)=維網(wǎng)格動(dòng)畫和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)=維模型及= 維場(chǎng)景的真實(shí)度要求越來(lái)越高，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)網(wǎng)格動(dòng)畫的復(fù)雜度和數(shù)據(jù)量也越來(lái)越大，所消耗 的存儲(chǔ)空間和傳輸資源也越來(lái)越多。在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)帶寬條件下，過(guò)于龐大的數(shù)據(jù)量的存儲(chǔ) 和傳輸將嚴(yán)重阻礙網(wǎng)格動(dòng)畫的發(fā)展和應(yīng)用。而要解決運(yùn)一問(wèn)題，僅僅依靠提高處理器的能 力和增加存儲(chǔ)容量等硬件方面是不現(xiàn)實(shí)的，必須采取相應(yīng)的方法來(lái)消除網(wǎng)格動(dòng)畫間的冗余 數(shù)據(jù)，提高傳輸效率。因此，尋找=維模型數(shù)據(jù)的壓縮方法，對(duì)減少傳輸帶寬和降低存儲(chǔ)空 間具有十分重要的意義。
[0004] 對(duì)于客戶端而言，所需的=維模型存儲(chǔ)數(shù)據(jù)越少、重構(gòu)誤差越小越好。當(dāng)然前人也 研究了一些方法，對(duì)于聚類來(lái)說(shuō)，研究者們最常用的是采用歐式距離進(jìn)行聚類，即兩點(diǎn)間距 離越近的頂點(diǎn)越應(yīng)該聚為一塊，當(dāng)然運(yùn)在某種程度上是合理的。但是當(dāng)一個(gè)模型的某兩個(gè) 部分相距較遠(yuǎn)而運(yùn)動(dòng)卻極為相似，如某動(dòng)物在一段動(dòng)畫中某兩條腿運(yùn)動(dòng)極為相似，它們也 應(yīng)該被聚為一類。在運(yùn)種情況下根據(jù)歐式距離進(jìn)行聚類就變得很不合理，因此本發(fā)明考慮 到諸如此類的情況，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)出一種基于模型運(yùn)動(dòng)的空域分割方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于運(yùn)動(dòng)的=維模型空域分割的方法。
[0006] 本發(fā)明的主要構(gòu)思:依據(jù)模型的運(yùn)動(dòng)對(duì)模型進(jìn)行分割使得分割效果更優(yōu)。根據(jù)微 分幾何中的一條定理:空間曲線的曲率和繞率完全決定了曲線的形狀，因此本發(fā)明采用曲 率和繞率來(lái)衡量模型的運(yùn)動(dòng)，即若兩頂點(diǎn)在每帖的曲率和繞率均相似，則說(shuō)明它們的運(yùn)動(dòng) 軌跡很相似，應(yīng)該聚為一類。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下：
[000引步驟一:假設(shè)帖數(shù)為F，每一帖所含有的頂點(diǎn)數(shù)為N，其中F〉0，N〉0;將待求曲率、繞 率的頂點(diǎn)在所有帖中的坐標(biāo)連接成曲線，在某帖中的曲率和繞率即為該曲線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的曲 率和繞率。
[0009] 將曲率和繞率分別保存至矩陣k和T中，其中k和T均為NXF的矩陣，ki康示第i個(gè)頂 點(diǎn)在第j帖中的曲率，Tij表示第i個(gè)頂點(diǎn)在第j帖中的繞率，i = 1，…，N，j = 1，…，F(xiàn)。
[0010] 步驟二：由于在步驟一中將每個(gè)頂點(diǎn)在所有帖中的坐標(biāo)連成了曲線，從而獲取N條 空間曲線，構(gòu)造 T矩陣，T是N X 2F的矩陣，具體表示如下：
[0011]
[0012] 步驟將T矩陣中的每行看成一個(gè)元素，運(yùn)用聚類方法對(duì)其進(jìn)行聚類，運(yùn)樣便將 運(yùn)動(dòng)相似的頂點(diǎn)分為一塊，完成最終的分割。
[0013] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明完美地將微分幾何與空域分割結(jié)合起來(lái)，采用曲率和 繞率表示模型的運(yùn)動(dòng)，不但具有強(qiáng)烈的理論支撐，而且將運(yùn)動(dòng)相似的點(diǎn)準(zhǔn)確地聚為一塊。
【具體實(shí)施方式】
[0014] W下進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的方法步驟：
[001引本發(fā)明包括W下步驟：
[0016] 步驟一:假設(shè)帖數(shù)為F，每一帖所含有的頂點(diǎn)數(shù)為N，其中。〉0，於0。將待求曲率、繞 率的頂點(diǎn)在所有帖中的坐標(biāo)連接成曲線，在某帖中的曲率和繞率即為該曲線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的曲 率和繞率。將曲率和繞率分別保存至矩陣k和T中，其中k和T均為NXF的矩陣，ki康示第i個(gè) 頂點(diǎn)在第j帖中的曲率，同樣Tij表示第i個(gè)頂點(diǎn)在第j帖中的繞率，i = 1，…，N，j = 1，…，F(xiàn)。
[0017] 步驟二：由于在步驟一中將每個(gè)頂點(diǎn)在所有帖中的坐標(biāo)連成曲線，從而獲取N條空 間曲線。如果其中兩條曲線很相似，即它們對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)在每一帖中的曲率和繞率很相近，考慮 到運(yùn)動(dòng)相似的點(diǎn)應(yīng)聚為一塊的初衷。因此構(gòu)造 T矩陣，T是NX 2F的矩陣，具體表示如下：
[001 引
[0019] 步驟立巧個(gè)頂點(diǎn)運(yùn)動(dòng)越相似，即兩個(gè)頂點(diǎn)在T矩陣中對(duì)應(yīng)的行越相似。因此將T矩 陣中的每行看成一個(gè)元素，運(yùn)用普通的聚類方法對(duì)其進(jìn)行聚類。運(yùn)樣便將運(yùn)動(dòng)相似的頂點(diǎn) 分為一塊，完成最終的分割。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于運(yùn)動(dòng)的三維模型空域分割的方法，其特征在于該方法包括如下步驟： 步驟一:假設(shè)幀數(shù)為F，每一幀所含有的頂點(diǎn)數(shù)為N，其中F>0，N>0;將待求曲率、繞率的 頂點(diǎn)在所有幀中的坐標(biāo)連接成曲線，在某幀中的曲率和繞率即為該曲線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的曲率和 繞率； 將曲率和繞率分別保存至矩陣k和τ中，其中k和τ均為NXF的矩陣，kij表示第i個(gè)頂點(diǎn)在 第j幀中的曲率，Tij表示第i個(gè)頂點(diǎn)在第j幀中的繞率，i = 1，…，N，j = 1，…，F(xiàn); 步驟二：由于在步驟一中將每個(gè)頂點(diǎn)在所有幀中的坐標(biāo)連成了曲線，從而獲取N條空間 曲線，構(gòu)造T矩陣，T是N X 2F的矩陣，具體表示如下：步驟二:將T矩陣中的M π VL·承·，其進(jìn)行聚類，這樣便將運(yùn)動(dòng) 相似的頂點(diǎn)分為一塊，完成最終的分割。
【文檔編號(hào)】G06T7/20GK106023255SQ201610335242
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月19日
【發(fā)明人】楊柏林, 張露紅, 江照意, 金劍秋
【申請(qǐng)人】浙江工商大學(xué)