复杂模型轻量化方法及其在邮轮装饰工程建模的应用与流程

本发明涉及三维可视化施工，更具体地，涉及一种复杂模型轻量化方法及其在邮轮装饰工程建模的应用。

背景技术：

1、借助三维可视化的技术手段，在最接近实际施工现场情况的条件下，可完成现场施工的模拟场景构建，从而使得建筑项目施工过程中的现场整体环境可以更高效地进行规划与布设，并在动态还原的过程中，补充材料与设备的动量变化条件，推动项目的优化管理，使施工操作的合理性得到维护。三维可视化施工模拟动画的制作前提是建立工程模型。

2、对于一艘大型邮轮，由于邮轮内外部的空间复杂，多功能、多区块、错层交叉功能空间分区多，人员动线复杂，为了优化平面空间、立体空间布局，需要在施工前期进行内部空间的模拟。h1508 为国产首艘大型邮轮，h1508邮轮的各功能分区模型、各专业模型、船体结构模型体量特别巨大，其模型零件数量达到了2500 余万个，20000 余配套设备模型、136个模型系统，再加上邮轮结构、造型、完成面的曲面之多超出想象，其整体模型的mesh网格数量以亿计，这样的高模运行需要挑战高配置计算机的性能极限，无法流畅地对模型进行深化应用，例如交互式的邮轮高模可视化程序在电脑上运行的时候画面的帧率达不到实时渲染的流畅性要求。因此，高模的轻量化处理是亟待攻克的技术难关。然而，在对邮轮各区位模型在直接减面后，涉及到曲面的模型布线分段数的减少，造成了曲面模型的平滑度受到了严重的影响，曲面模型的可视化效果完全不能满足最终的应用需求。如何平衡高模最终的可视化效果和性能开销是一个亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种复杂模型轻量化方法及其在邮轮装饰工程建模的应用，通过基于几何误差的边缘折叠算法实施减面，算法执行效率较高，实现保留细节的同时大幅度地减少网格数量，再通过独特的分组渲染和原始模型法线贴图的映射，增强了网格在减面后视觉效果。此外，本发明特别适合于大型邮轮装饰工程的建模，以支撑大型邮轮三维可视化模型实时渲染的良好视觉效果。

2、为实现上述目的，一方面，本发明提供一种复杂模型轻量化方法，包括以下步骤：

3、步骤s1、提取高模的所有细节的法线贴图；

4、步骤s2、对模型进行顶点和几何拓扑结构解析；

5、步骤s3、基于顶点解析结果和原始网格的边缘轮廓，对高模进行基于几何误差的边缘折叠算法计算得到轻量化模型；

6、步骤s4、通过计算连续网格的法线方向夹角对网格进行二次分组：连续网格的法线夹角小于20°分为同一个组；

7、步骤s5、对同一个组的网格进行相同采样的光照和阴影渲染着色，以实现平滑的弧形过度视觉效果；

8、步骤s6、将步骤s1得到的法线贴图映射至所述轻量化模型。

9、进一步地，所述步骤s3中边缘折叠算法基于切线坐标系的定位原则，采用二次误差度量算法，对模型进行减面优化：计算每个顶点的误差二次型矩阵，建立优先队列，按误差度量排序，通过基于切线坐标系的边缘折叠精确地确定新顶点的位置。

10、进一步地，所述步骤s3中将边折叠的误差定义为新顶点到一组平面距离的平方和，这组平面集合是和折叠边的两个顶点相关的原始模型的平面。

11、进一步地，所述步骤s5采用pbr物理渲染技术，结合网格分组进行真实的现场效果还原。pbr（physically based rendering）为物理基础渲染技术，旨在通过模拟真实的光照和材质特性来实现更为真实的渲染效果。

12、进一步地，所述步骤s6中先对模型进行uv展开与纹理的坐标映射，再将法线贴图添加至pbr材质的bump通道中。bump通道是一种纹理处理技术，具体的是一种凸凹贴图技术，指在材质通道中加入法线贴图或高度贴图，增强物体表面的细节感，使其在光照下呈现凹凸不平的效果。

13、另一方面，本发明提供一种复杂模型轻量化方法在邮轮装饰工程建模的应用，采用上述的复杂模型轻量化方法进行邮轮装饰工程三维可视化建模。

14、与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

15、（1）本发明采用基于几何误差的边缘折叠算法实施减面，算法执行效率较高，实现保留细节的同时大幅度地减少网格数量。

16、（2）本发明通过计算连续网格的法线方向夹角对网格进行二次分组，根据组别渲染，有效解决了网格在减面后视觉效果上的多边形折线感，使得本发明在大幅度减少高模面数的同时，在视觉上又保留了高模的视觉效果，且极大降低了计算机性能开销。

17、（3）本发明结合分组渲染和法线贴图烘焙，在模型轻量化的同时，尽可能多地保留了高模的视觉效果。

技术特征：

1.一种复杂模型轻量化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种复杂模型轻量化方法，其特征在于，所述步骤s3中边缘折叠算法基于切线坐标系的定位原则，采用二次误差度量算法，对模型进行减面优化：计算每个顶点的误差二次型矩阵，建立优先队列，按误差度量排序，通过基于切线坐标系的边缘折叠精确地确定新顶点的位置。

3.根据权利要求2所述的一种复杂模型轻量化方法，其特征在于，所述步骤s3中将边折叠的误差定义为新顶点到一组平面距离的平方和，这组平面集合是和折叠边的两个顶点相关的原始模型的平面。

4.根据权利要求1所述的一种复杂模型轻量化方法，其特征在于，所述步骤s5采用pbr物理渲染技术，结合网格分组进行真实的现场效果还原。

5.根据权利要求1所述的一种复杂模型轻量化方法，其特征在于，所述步骤s6中先对模型进行uv展开与纹理的坐标映射，再将法线贴图添加至pbr材质的bump通道中。

6.复杂模型轻量化方法在邮轮装饰工程建模的应用，其特征在于，采用如权利要求1至4任一项所述的复杂模型轻量化方法进行邮轮装饰工程三维可视化建模。

技术总结
本发明公开了一种复杂模型轻量化方法及其在邮轮装饰工程建模的应用。所述复杂模型轻量化方法先提取高模细节的法线贴图，然后通过基于几何误差的边缘折叠算法实施减面，算法执行效率较高，实现保留细节的同时大幅度地减少网格数量，再通过独特的分组渲染和原始模型法线贴图的映射，增强了网格在减面后视觉效果。本发明特别适合于大型邮轮装饰工程的建模，以支撑大型邮轮三维可视化模型实时渲染的良好视觉效果。

技术研发人员：连珍,朱思行,王震东,洪潇,管文超,李骋,施支鸿
受保护的技术使用者：上海市建筑装饰工程集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5