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随着网络时代的到来,人们的工作、娱乐、生活等方方面面都越来越为依赖网络;三维图形由于其形象直观易于理解广受人们的青睐,人们预想通过网络访问三维图形如同二维图形一般方便快捷,但实际上遇到了很大的困难。由于三维图形特别是三维几何模型的数据量远远超过普通的二维图形,而在当前的网络速度下,完全下载三维几何模型所需时间是用户完全无法忍受的,更重要的是以硬件的发展速度无论如何也是解决不了这个问题的。所以研究在网络上如何高效地传输三维几何模型成为了当务之急。
流式传输是源自多媒体的一种技术,它允许用户在观看多媒体视频时同时完成下载,不必等待多媒体文件的完全下载。如果将其应用到三维几何模型的网络传输上,那么实现效果就是,用户在浏览三维几何模型的同时下载模型数据,这样不仅大大减少了用户下载模型的等待时间,除此之外,还降低了三维几何模型在实时绘制过程中内存数据的加载量,提升了计算机硬件的利用效率。确立以流式传输为解决三维几何模型的基本要点,分析流式传输的特点,得到需要从满足流式传输渐进特性来完成三维几何模型组件分解技术,适应用户视点的模型多分辨率重构技术,适应服务器、客户端、网络状况的流式传输的分布式框架,来解决三维几何模型在网络上传输的问题。
首先,本文提出一种采用半边折叠操作,保持模型轮廓和拓扑特征的网格模型简化方法,得到了三维几何模型渐进表示的基网格和细节数据。利用法向锥来衡量顶点的重要性,采用保持拓扑特征的约束条件,保证了表示模型轮廓特征点不被过早简化,从而使得简化后的近似网格尽可能多的保留模型基本特征,在实验验证过程中,即使网格模型简化到10%数据量甚至更低时,简化后的网格模型仍保持了原始模型的轮廓和拓扑特征。
其次,设计了一种适应视点变化来构建模型多分辨率表示的自适应网格。自适应网格利用延展层次树描述其随视点变化过程中模型顶点的状态,实时渲染过程中利用预先计算的视点相关参数结合视锥体原则、背面消除原则、屏幕空间像素误差原则计算顶点的可见性,然后根据可见性的计算结果,通过半边折叠操作和点分裂操作对模型采取细化或简化操作,从而完成了模型适应视点的多分辨率重构,在实验结果中也验证了这一点。
最后,提出了一种适应服务器、客户端、网络状况的流式传输的分布式框架。该框架根据服务器的负载、客户端帧速率、网络的传输速度决定细节数据的传输量,使用视点预测的方法进行数据预取,利用缓存策略减轻客户端内存压力,采用确认机制和细节数据优先级传输队列,保证了细节数据的稳定传输及重要的细节数据优先传输。
本文的研究成果充分验证了利用流式传输技术来完成三维几何模型在网络上传输的可行性,同时总结流式传输技术需要从纹理、场景、大数据量、传输协议上作更为深入地研究,流式传输技术才能得到更为广泛的应用。