面向移動終端的三維幾何簡化與傳輸方法的研究.pdf

1、近些年來，隨著無線寬帶通信技術的發(fā)展，第三代移動通信系統(tǒng)(3G)正朝著以CDMA為基礎，寬帶化通信為特征的方向邁進。各式的移動終端設備如移動電話、PDA等，己逐漸成為人們不可缺少的隨身物品。移動終端與無線網(wǎng)絡上的各種應用需求也日益增加，尤其是在移動網(wǎng)絡上三維圖形數(shù)據(jù)的傳輸及在移動顯示屏上顯示高質(zhì)量三維圖形的需求日益迫切。移動圖形處理是近年來計算機圖形學領域的一個研究熱點。此外，隨著3C融合進程加速，數(shù)字家庭相關技術同樣得到了迅速發(fā)展，通

2、過數(shù)字電視終端實現(xiàn)與數(shù)字媒體廣播端間的三維幾何數(shù)據(jù)傳輸及交互等，也是當前數(shù)字家庭領域的一個重要研究內(nèi)容。通常在圖形應用中，為了獲得具備一定真實感的顯示效果，三維模型往往都由大量復雜的三角形網(wǎng)格構(gòu)成，在模型數(shù)據(jù)存取、傳輸及顯示上都將耗費大量的資源。然而，移動終端及數(shù)字電視終端與PC機的特點有著顯著的區(qū)別，整體渲染資源受限是其固有特點，因此，在移動設備及數(shù)字機頂盒上進行三維圖形應用受到很大的限制。 “普適計算研究——手語無障礙信息服

3、務的普適計算”(國家自然科學基金重點項目：60533030)是面向2008年北京奧運會及殘奧會的重要研究課題，利用三維手語通過普適終端(包括移動終端及數(shù)字電視)進行無障礙信息交流是該課題中一個重要研究內(nèi)容。針對課題中及其他一些移動圖形應用中存在的三維圖形應用問題，本文展開了面向移動終端的三維幾何簡化與傳輸方法的研究。本文的貢獻主要體現(xiàn)在以下方面： 從傳統(tǒng)的基于幾何元素刪除的圖形簡化算法著手研究，在分析總結(jié)頂點刪除、邊折疊、三角形

4、折疊等傳統(tǒng)的算法特性的基礎上，提出在三角網(wǎng)格中利用多個三角形組合構(gòu)成及檢索n邊形的規(guī)則，并提出基于n邊形折疊的網(wǎng)格簡化算法，算法以n邊形折疊為基本簡化操作，以二次誤差作為誤差度量。算法包含了Garland的Qslim算法(n=2)及Pan的三角形(n=3)折疊的情況，簡化速度和簡化模型品質(zhì)受n的具體取值影響，n取較小的值適用于對簡化品質(zhì)要求較高的圖形簡化；n值取較大的值則適合于簡化速度要求較高的圖形應用。 針對移動終端屏幕在不同

5、投影下的輪廓幾何誤差在實際顯示中相差較小的特點，提出一種面向小型屏幕移動終端的輪廓保持的網(wǎng)格簡化算法，算法對網(wǎng)格中位于該視線方向上的輪廓相關的三角形進行判定，并分別定義為：輪廓頂點、輪廓邊及輪廓角三角形三種類型，分析了三種三角形對輪廓特征的重要程度并分別加入加權(quán)保護系數(shù)以及定義其折疊規(guī)則。通過新折疊規(guī)則及加權(quán)因子的使用，新算法比Pan等均勻簡化的算法在輪廓區(qū)域表現(xiàn)得更為出色，即使剩下面片數(shù)較少，簡化模型的輪廓依然能相對地接近原始模型。

6、 針對用戶感知度與移動終端屏幕分辨率相關的特性，提出一種基于感知度量的網(wǎng)格簡化算法，算法定義了模型在目標屏幕上的基準顯示狀態(tài)，并通過移動終端分辨率及物體的視距參數(shù)計算得到目標屏幕的感知閾值ε及模型的感知度量，通過加權(quán)Qslim算法動態(tài)地刪除不符合顯示精度要求的冗余數(shù)據(jù)。另外，算法還加入了基于感知的尖特征保護，從而能夠獲得尖特征及整體簡化效果與目標用戶感知度相匹配的簡化模型。算法易于實現(xiàn)，適用于手機、PDA等僅具備低分辨率屏幕的移動

7、終端上的圖形應用。 最后，本文還基于移動網(wǎng)絡的特性，結(jié)合以上提到的簡化算法提出相關的移動圖形應用系統(tǒng)及傳輸方法，對弱交互性(僅要求實時交互控制)的移動圖形應用，提出基于腳本驅(qū)動的遠程交互系統(tǒng)，通過在網(wǎng)絡上傳輸腳本數(shù)據(jù)控制圖形的活動來代替頻繁的圖形傳輸，從而以減少數(shù)據(jù)傳輸量；對于強交互性移動圖形應用(要求實時圖形數(shù)據(jù)交互)，提出采用基于用戶感知簡化的流式數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，并對其網(wǎng)絡架構(gòu)、網(wǎng)絡傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)包封包等問題結(jié)合移動網(wǎng)絡特性進行