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3D模型对于数据方面有哪些帮助

3D模型对于数据方面有哪些帮助
3D模型对于数据方面有哪些帮助

3D模型对于数据方面有哪些帮助

近年来,人们对三维产品和资源数据的精确度和细节提出了越来越高的要求,使3D模型的规模和复杂程度急剧增长,而且随着网络建设的迅猛发展,也越来越多需要远程传输3D模型数据。显然,仅仅依靠增大内存或存储系统容量、提高图形引擎的处理速度以及增加网络带宽等硬件措施是不够的,也无法长期满足这些需求。然而在计算机图形学中,几何造型技术已经相当成熟,因此一些占用空间小、适合于实时动态显示、网络传输的简化3D模型也被提出,有关三维数据处理的算法不断得以改进,有效地解决了上述的问题。

在2004年底,3DIF工业论坛正式提出了关于通用3D模型文件格式的5个特征,包括:①文件格式和运行时例程库的可扩展性;②连续的LOD能力;③基于刚体和骨架的动画;④压缩;⑤渐进流传输。

当然,首先3D模型本身在数学形式上必须是合式的。本文在探讨几何造型理论的基础上,提出了一种基于流形三角形网格的3D模型及其通用文件格式,它是开放的、可扩展的,能作连续的层次细节(LOD)显示和基于刚体运动的动画,以及在网络上进行压缩的渐进网格(CPM)传输。最后,我们利用这种自定义的3D模型文件格式,通过OpenGL的图素构造法和交互式动画编程,很容易实现了文件读写、LOD简化算法、3D查看器等,并对CPM传输方法和压缩格式定义作了探讨。

1几何造型的基础知识

任何一个3D模型(即三维形体)都是由顶点、边、面3种图形元素构成的,而所有元素均以三维表示。三维形体在计算机内部的存储形式称为几何造型。在形式上,3D模型表示要包括几何数据和拓扑信息两方面,而且两者是缺一不可的。

(1)几何数据用于确定三维形体在欧氏空间中的位置与大小,如顶点V的坐标边e的方向矢量)、面/的法矢(各个组成元素(顶点、边、面)之间可以互相导出。譬如,一条边e可由两个相邻的顶点之差求得,一个面可用该面上的至少3个顶点来表示,顶点v就是两条边的相交点等。

(2)拓扑信息表示三维形体是如何构造出的,即描述各个组成元素的数目及它们之间的相互关系,如层次关系、前后连接关系、相邻性、包含性、自对应等。

关于3D模型的表面合式性,其必要条件是:对于几何数据,至少要给出一种组成元素的数据,通常是三维形体上所有顶点的坐标。对于拓扑信息,至少要给定两种拓扑关系。由于3D模型构造往往难以形式上描述,除了少数能用几何方程表示(如长方体、球体、NURBS等)外,通常都采用多边形网格来描述。多边形网格可以看作一系列标有属性的多边形的集合,该集合共同构成了一个3D模型表面。而三角形M格更适合于GPU硬件渲染、并得到图形引擎、标准三维图形库(如OpenGL)等支持,所以它们已成为目前最主要的3D模型表示形式。

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