CN104574488A - 一种用于移动增强现实浏览器的三维模型的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于移动增强现实浏览器的三维模型的优化方法，可以减小用户在手机端浏览VR场景的等待时间，改善用户的体验。步骤一、基于Maya创建物体的低模模型，所述低模模型是用于表现物体基本外形构造的模型表现形式；步骤二、为步骤一得到的低模模型消除隐藏面，所述隐藏面指用户不可见区域内的多边形面片；然后将低模模型导入ZBrush进行表面细分操作，增加模型细节后生成高模模型，所述高模模型是包含丰富层次细节的模型表现形式；步骤三、将步骤二得到的高模模型和步骤一得到的低模模型导入Maya，参照高模模型的纹理坐标贴图烘焙出用于低模模型的法线贴图；步骤四、将高模模型的纹理坐标贴图和用于低模模型的法线贴图导入Photoshop生成用于低模模型的颜色贴图，最后将颜色贴图赋予低模模型。

Description

一种用于移动增强现实浏览器的三维模型的优化方法

技术领域

本发明属于移动增强现实技术领域，具体涉及一种用于移动增强现实浏览器的三维模型优化方法。

背景技术

近几年随着移动计算技术的高速发展，移动智能终端处理复杂数据的能力普遍提高。嵌入式计算的快速发展仍然无法满足当前对庞大数据实时计算的需要，因此当移动应用程序在虚拟现实或增强现实的环境中调用虚拟物体时通常出现手机内存占用高、屏幕刷新频率低、渲染耗时长等诸多问题。由于增强现实浏览器一般采用客户端/服务器的分布式架构，调用位于云端的资源集会受到移动蜂窝网络数据传输带宽的限制，此外由于图形处理器被用于处理大量模型的实时渲染任务，增强现实浏览器不能充分利用手机的计算资源，使得在操作过程中产生交互延迟，造成用户的认知中断，从而影响增强现实浏览器的用户体验，因此如何简化虚拟场景中的模型数据具有重要的研究意义。

目前主流的模型绘制优化方法是细节层次(Levels of Detail，LOD)模型，即在实时显示系统中用具有多层次结构的物体集合描述一个场景，采用细节省略来提高显示速度；在实时绘制时，对距视点较远或本身较小的物体，用较粗的LOD模型绘制；离视点较近或物体较大，用较精细的LOD模型绘制。使用LOD模型进行虚拟场景渲染时，需要根据视点的变化实时的在不同的LOD模型之间切换，因此必须预先生成多套的LOD模型。LOD模型的技术特性决定了该方法更侧重于在户外虚拟场景中对海量数据模型渲染的优化，由于移动增强现实浏览器对大量场景模型的实时渲染主要在室内虚拟环境中进行，同户外虚拟环境中所需实时绘制的数据量相比，对室内场景的数据处理属于轻量级渲染，采用LOD方法绘制三维模型反而将占用手机大量的图像计算资源和有限的网络传输时间，因此不推荐增强现实浏览器选择LOD模型作为室内环境中三维模型的优化方法。

模型优化的自动减点方法经历了由网格模型的三角化到三角网格的条带化 的过程。1978年美国贝尔实验室的Garey等对简单多边形的三角化给出复杂度为O(nlogn)算法，在相当长时间内这种算法被作为最优算法。然而美国学者Tarjan等在1988年提出了更为优化的O(nloglongn)算法；1991年美国普林斯顿大学的Chazelle给出了O(n)的结果，这种算法能在线性时间内把任意的简单多边形三角化。此后所有图形硬件的绘制优化方法都针对模型的三角形，而多边形或曲面的快速绘制必须分割成三角形后才便于硬件渲染的加速。由于渲染引擎对网格模型的绘制速度受到三角形数据传入硬件缓存速率的影响，利用三角形的相邻关系把网格模型布局成三角形条带能够减少传输顶点的数据量。上述点优化算法通常以菜单命令或插件的形式封装到三维模型集成开发环境中，如3DMax中的“MultiRes”命令、MultiGen Creator的“Combine Faces”命令或运用于Softimage的减面插件“Mudbox”的“ReDucto”命令。在三维模型集成开发环境Maya中，最常用的自动点面优化命令有两种，一种是使用Maya内置语言(Maya Embedded Language,MEL)编写的脚本在“Mel Command Line”或脚本编辑器中选择“Low Model”项进行减面操作。用过研究发现在三维模型集成开发环境中常用的自动优化工具虽然能够快速的降低模型的面片数和顶点数，但同时也伴随着模型外形结构的改变，自动优化命令结束后还需要开发者手动将优化模型中所有的错面逐一进行修正。这种状况不仅发生在Maya中，目前大部分主流的三维模型集成开发环境中的自动优化算法都存在上述所呈现的问题。

除了对模型几何结构的点面优化方法，纹理映射法可以通过对模型材质和颜色的模拟制造出一个不易被肉眼觉察到的视觉欺骗效果达到优化模型的目的。法线贴图技术是一种已经被成熟运用的技术，但由于模型在被简化过面片之后，法线信息也随之减少，法线贴图无法展现模型简化之前的凹凸细节，因此需要研究出一种能够将模型丰富的法线贴图传输出来的方法。

为表达描述物体的精细程度，一般将模型的表现形态划分为低模模型和高模模型两种方式。高模模型(high polygon model/high-detail model)是三维模型中包含如颜色信息、置换信息、纹理坐标、细分表面等丰富层次细节的模型表现形式，通常具有大量的面片并对应多种类型的贴图。低模模型(low polygon model)是三维模型中用于表现物体基本外形构造的模型表现形式，由于模型的组成结构较为简单，低模模型包含的多边形面较少，主要以贴图方式来达到或接近高模模型的细腻程度。为了使低模模型也能够展现物体外观的丰富细节，可以利 用高模模型的精细贴图来弥补低模模型所缺失的几何结构，因此如何让低模模型运用高模模型的精细贴图是本发明所需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于移动增强现实浏览器的三维模型的优化方法，利用该方法可以减小用户在手机端浏览VR场景的等待时间，改善用户的体验。

实现本发明的技术方案如下：

一种用于移动增强现实浏览器三维模型的优化方法，包括以下步骤：

步骤一、基于Maya创建物体的低模模型，所述低模模型是用于表现物体基本外形构造的模型表现形式；

步骤二、为步骤一得到的低模模型消除隐藏面，所述隐藏面指用户不可见区域内的多边形面片；然后将消除隐藏面后的低模模型导入ZBrush进行表面细分操作，增加模型细节后生成高模模型，所述高模模型是包含丰富层次细节的模型表现形式；

步骤三、将步骤二得到的高模模型和步骤一得到的低模模型导入Maya，参照高模模型的纹理坐标贴图烘焙出用于低模模型的法线贴图；

步骤四、将高模模型的纹理坐标贴图和用于低模模型的法线贴图导入Photoshop生成用于低模模型的颜色贴图，最后将颜色贴图赋予低模模型。

本发明的有益效果：

1、本发明去除了VR场景中用户视点不可见区域内的多边形面片，消除模型隐藏面的冗余数据在外观上对模型的展示并无影响，而减少这些点面却能有效的降低场景的复杂度，减轻移动增强现实浏览器实时绘制场景模型的负担。

2、本发明将高模模型丰富的法线信息传递给低模模型，在保证两个模型几何外型结构一致的条件下，令低模模型获取到高模模型的纹理坐标信息、深度信息和材质颜色信息。由于构造低模模型和高模模型主体结构的UV点位置完全一致，因此不会出现纹理错位映射的状况，使低模模型能够充分展示出高模模型所有的细节信息。

3、本发明优化的三维模型减少了移动增强现实浏览器下载模型的时间，提高了手机图形渲染单元实时绘制虚拟场景的效率。保证了交互内容的流畅显示， 改善了用户体验。

附图说明

图1为本发明三维模型的优化方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

传统的模型自动减点算法在三维软件集成开发环境中以插件或命令方式对三维模型进行批量简化处理，虽然能够快速的降低模型的面片数和顶点数，但同时也伴随着模型外形结构的改变，自动优化命令结束后还需要开发者手动将优化模型中所有的错面逐一进行修正。这种事后弥补的处理方式背离了为提高工作时效而自动优化模型的初衷，应当寻找一种更优的替代方案，因此需要使用一种适用于移动增强现实浏览器的三维模型优化方法。

如图1所示，本发明提供一种用于移动增强现实浏览器的三维模型优化方法，以运用该方法以优化一个橱柜模型的过程为实例，以下为四个具体的执行步骤：

(1)在三维模型集成开发软件Maya中为橱柜创建一个面片适中的多边形低模模型，这个低模模型用于表现物体的主要物理结构。低模模型构造完成后先去除冗余的点面数据，例如橱柜门内部的结构、与地面接触的模型底面或被其它模型面片遮挡的部分等。消隐完成后以obj为模型保存格式输出低模模型文件；

(2)将obj格式模型文件导入ZBrush软件中，为低模模型增加细节部分的点面，例如木雕花纹、抽屉把手等，使用表面细分法的一级细分命令细分模型的整体结构，再用雕刻工具对自动细分的细节部分进行精确调整，最后调整模型的UV线拓扑结构完成高模模型的制作；

(3)把低模模型和高模模型导入Maya，将两个模型的比例调整到同样大小的尺寸。以计算法线的方式对低模进行软边(Soft Edge)操作，完成高模向低模的拓扑。展开高模的UV贴图后以高模的UV贴图为参照贴图，传输并烘焙出匹配低模模型的法线贴图。在Rendering渲染模块下开启“Lighting/Shading”的“Transfer Maps”面板，指定高模模型为面片传输源，指定低模模型为面片接受源，命令完成后烘焙出用于低模模型的法线贴图和环境贴图(Ambient Map)。

(4)首先将高模的UV贴图和用于低模的法线贴图导入Photoshop软件，两张贴图分别作为一个独立的图层，使用图层模式中的混合模式重叠两个图层，然后在混合图层上新建一个图层，绘制用于低模的颜色贴图(Color Map)。由于颜色贴图包含了高模精细的凹凸质感和UV结构的丰富信息，而且完全以低模模型的结构为基准，因此将颜色贴图赋予到低模模型之后视觉效果真实自然。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于移动增强现实浏览器三维模型的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、基于Maya创建物体的低模模型，所述低模模型是用于表现物体基本外形构造的模型表现形式；

步骤二、为步骤一得到的低模模型消除隐藏面，所述隐藏面指用户不可见区域内的多边形面片；然后将消除隐藏面之后的低模模型导入ZBrush进行表面细分操作，增加模型细节后生成高模模型，所述高模模型是包含丰富层次细节的模型表现形式；

步骤三、将步骤二得到的高模模型和步骤一得到的低模模型导入Maya，参照高模模型的纹理坐标贴图烘焙出用于低模模型的法线贴图；

步骤四、将高模模型的纹理坐标贴图和用于低模模型的法线贴图导入Photoshop生成用于低模模型的颜色贴图，最后将颜色贴图赋予低模模型。