三角面片模型的剖分方法、归属判断方法及动态调整方法技术

本发明专利技术公开了一种三角面片模型的剖分方法、归属判断方法及动态调整方法，三角面片模型的剖分方法包括：S1、确定三角面片模型的外包围盒；S2、设将三角面片模型剖分成若干个球体，设每个球体为最小数据单元，计算理论上最小数据单元的数量；S3、计算分段数s，将外包围盒三个轴向的边都等分成s段，形成若干个小长方体；S4、生成中间集合，用于存储最小数据单元；S5、对三角面片模型进行粗剖，得到若干个长方体；S6、对粗剖后得到的若干个长方体进行整理，得出最终的最小数据单元集合。本发明专利技术通过集中多台计算机的内存来保存三角面片数据，并利用高速网络进行动态调整，同时尽量减小自身的开销，以达到降低硬盘交换、提高系统速度的目的。目的。目的。

【技术实现步骤摘要】
三角面片模型的剖分方法、归属判断方法及动态调整方法


[0001]本专利技术涉及计算机图形
，具体涉及一种三角面片模型的剖分方法、归属判断方法及动态调整方法。

技术介绍

[0002]随着计算机图形学理论的完善和图形处理软硬件技术的发展，图形绘制技术日益深入地应用到设计、娱乐、科学研究等各个方面。各个领域的应用不断从绘制速度、真实感、显示尺寸、分辨率等方面向图形绘制技术提出挑战。并行绘制技术将并行计算理论和方法引入图形处理领域，是实现高性能图形计算的重要手段。
[0003]按照多条流水线的组织方式，并行绘制体系结构分为sort
‑
first、sort
‑
middle、 sort
‑
last三类。sort
‑
middle结构有中间传输数据量特别大的特点，只见于硬件设计。现有专利基本与sort
‑
first结构和sort
‑
last结构下的技术有关，比如：
[0004]CN201880032433.1用于矢量图形和图像处理的并行化流水线， CN201611245219.3一种基于sort/first负载平衡的图形并行绘制方法， CN201711202217.0一种多GPU大分辨率多屏图形分块并行渲染方法， CN200910155356.1并行图形绘制的混合式自适应体系结构设计， CN201611114202.4一种基于sort/first负载平衡的异质绘制节点并行图形绘制方法，CN201510482631.6一种高效并行矢量数据可视化方法，CN201811523048.5 一种图形处理器并行着色任务调度单元系统，CN201310720041.3一种基于并行绘制技术的三维图形渲染方法，CN201410281130.7基于多图形处理器的模型并行处理方法及装置，CN201280031207.4最大化图形处理器中的并行处理， CN201611114202.4一种基于sort
‑
first负载平衡的异质绘制节点并行图形绘制方法，CN201710884020.3一种基于动态绘制组的混合型并行绘制系统和方法， CN200910213092.0一种适用于绘制区域任意划分的并行绘制负载平衡方法， CN201910091777.6一种基于不等尺寸分块的海量数据并行体绘制方法。
[0005]按照在网络上传输的数据类型，并行绘制系统可分为立即模式 (immediate
‑
mode)和保留模式(retained
‑
mode)两种。立即模式系统的模型数据固定存储于客户端，每绘制一帧，都在网络上传输全部的图形操作指令，指令既包含命令也包含数据，指令被处理完后即被丢弃。保留模式系统模型数据分布存储在绘制服务器端，每绘制一帧，只需传输必要的控制命令，不需要所有模型数据通过网络，服务器始终保有数据。
[0006]上述列举的大多数专利都是基于立即模式的。其中涉及模型剖分(分块) 的专利的分块方法是多层次、不等尺寸、树形结构、外包围盒式的剖分。
[0007]保留模式下数据的分布存储可以有以下两种方式：1)冗余存储：每个服务器拥有整个的数据集合，如图1所示；2)唯一存储：每个服务器拥有一个数据子集，所有服务器的数据子集的并构成整个数据集合，如图2所示。
[0008]目前，三角面片模型的基本元素是三角形，每个三角形都有x,y,z坐标信息和一些与光照有关的信息，由成千上万乃至百万个三角形在三维空间里拟合出物体的形状。三角
面片模型一般通过多台计算机进行并行绘制，并特定地针对数据量超大的模型。这些模型并不少见，比如高分辨率的三维扫描仪生成的数据、医学数据、宇宙学模拟数据以及计算机图形学本身的试验数据等。它们的特点是模型数据量超过主流的图形服务器的内存尺寸，单台计算机的内存不能容纳。计算机当然需要完成图形计算的任务，但此时内存不足导致的负担更大，计算机必须在内存和硬盘间进行数据交换。硬盘的工作方式依赖于机械运动(磁片的旋转)，速度比基于门电路运动的CPU、内存、高速网卡低平均3个数量级。频繁的硬盘交换使得系统速度剧烈降低。

技术实现思路

[0009]本专利技术为了克服以上技术的不足，提供了一种三角面片模型的剖分方法、归属判断方法及动态调整方法，本专利技术通过集中多台计算机的内存来保存三角面片数据，并利用高速网络进行动态调整，同时尽量减小自身的开销，以达到降低硬盘交换、提高系统速度的目的。
[0010]本专利技术的思想来自搭建如图1中唯一存储系统的工作。本专利可看作 sort
‑
first体系结构下的一项创新，但其关注点是图形数据在进入图形流水线之前在多节点上的高效存储。它包含了使图2的唯一存储系统可以工作起来的关键技术，也可应用于如图1的冗余存储系统以提高速度，具体说是提高归属判断速度。本专利对数据的预处理方法是等尺寸、无层次的球形剖分。
[0011]本专利技术克服其技术问题所采用的技术方案是：
[0012]一种三角面片模型的剖分方法，包括如下步骤：
[0013]S1、确定三角面片模型M的外包围盒B，所述外包围盒B是空间上包含三角面片模型M且各条边与坐标轴平行的最小长方体；
[0014]S2、设将三角面片模型M剖分成若干个球体，设每个球体为最小数据单元c，计算理论上最小数据单元的数量n
c
；
[0015]S3、基于最小数据单元的数量n
c
计算分段数s，将外包围盒B三个轴向的边都等分成s段，形成若干个小长方体；
[0016]S4、生成中间集合c
′
，所述中间集合c
′
为从三角面片模型M到最终的最小数据单元c集合过渡的中间结构，用于存储最小数据单元c；
[0017]S5、对三角面片模型M进行粗剖，得到若干个长方体；
[0018]S6、对粗剖后得到的若干个长方体进行整理，将空的长方体删掉并将非空的长方体转换成球体，得出最终的最小数据单元c集合。
[0019]进一步地，所述三角面片模型M由点的有序集合构成：
[0020]M＝(p1，p2…
p
i
…
p
n
)
[0021]第i个点为：
[0022]p
i
＝(x
i
，y
i
，z
i
，L
i
)
[0023]上式中，n是M中点的总个数，x
i
，y
i
，z
i
是三维空间坐标，L
i
是一组光照相关信息，设忽略L
i
的处理，点p
i
依次三个一组构成一系列三角面片；
[0024]所述外包围盒B由6个坐标值定义：
[0025]B＝(x
min
，x
max
，y
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三角面片模型的剖分方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、确定三角面片模型M的外包围盒B，所述外包围盒B是空间上包含三角面片模型M且各条边与坐标轴平行的最小长方体；S2、设将三角面片模型M剖分成若干个球体，设每个球体为最小数据单元c，计算理论上最小数据单元的数量n
c
；S3、基于最小数据单元的数量n
c
计算分段数s，将外包围盒B三个轴向的边都等分成s段，形成若干个小长方体；S4、生成中间集合c
′
，所述中间集合c
′
为从三角面片模型M到最终的最小数据单元c集合过渡的中间结构，用于存储最小数据单元c；S5、对三角面片模型M进行粗剖，得到若干个长方体；S6、对粗剖后得到的若干个长方体进行整理，将空的长方体删掉并将非空的长方体转换成球体，得出最终的最小数据单元c集合。2.根据权利要求1所述的三角面片模型的剖分方法，其特征在于，所述三角面片模型M由点的有序集合构成：M＝(p1，p2…
p
i
…
p
n
)第i个点为：p
i
＝(x
i
，y
i
，z
i
，L
i
)上式中，n是M中点的总个数，x
i
，y
i
，z
i
是三维空间坐标，L
i
是一组光照相关信息，设忽略L
i
的处理，点p
i
依次三个一组构成一系列三角面片；所述外包围盒B由6个坐标值定义：B＝(x
min
，x
max
，y
min
，y
max
，z
min
，z
max
)所述最小数据单元c包含M的一个子集及附属信息：上式中，m是c中点的总个数；r是最小数据单元的半径且为正实数，p
c
是c的质心点，是c的质心点，依次三个一组构成三角面片；剖分完成之后，三角面片模型M还可以表示成c的集合：M＝(c1，c2…
c
i
…
c
t
)上式中，t表示实际剖分得到的最小数据单元的数量。3.根据权利要求2所述的三角面片模型的剖分方法，其特征在于，步骤S1中，确定三角面片模型M的外包围盒B，具体包括如下：S11、给外包围盒B赋予初值为：x
min
＝x
max
＝x1y
min
＝y
max
＝y1z
min
＝z
max
＝z1S12、遍历三角面片模型M中所有点p
i
，按定义p
i
＝(x
i
，y
i
，z
i
，L
i
)，对每个p
i
做如下操作：如果x
i
＜x
min
，则令x
min
＝x
i
如果x
i
＞x
max
，则令x
max
＝x
i
如果y
i
＜y
min
，则令y
min
＝y
i
如果y
i
＞y
max
，则令y
max
＝y
i
如果z
i
＜z
min
，则令z
min
＝z
i
如果z
i
＞z
max
，则令z
max
＝z
i
。4.根据权利要求3所述的三角面片模型的剖分方法，其特征在于，步骤S2中，并行绘制系统的最终显示由一台以上显示设备的输出拼接而成，不同显示设备输出之间共享的线段为边界，设显示区域的总尺寸为w
×
h，其中，w为显示区域的宽度，h为显示区域的高度，边界总长度为l，长度单位为像素，最小数据单元覆盖边界会导致传输和存储的冗余，设R为预定义的冗余率，冗余率是覆盖边界的最小单元包含的三角面片数占总三角面片数之比，取值范围为[0，1]；设三角面片模型M的总三角面片数是N，其中N为点数量的三分之一，即N＝n/3，最小数据单元的数量n
c
的计算具体包括如下：假设三角面片模型M为凸形状，光线穿过模型2次，布满显示区域的三角形数量为N/2，设三角形为等腰直角三角形，其直角边长为u，则：边界l被两层面片覆盖，令覆盖边界的面片数为N
l
，则：假设覆盖边界就是冗余，则：上式含义为：在一定屏幕拼接设置下，模型面片数取N时可满足冗余要求R；忽略拓扑连接，假...

【专利技术属性】
技术研发人员：金哲凡，
申请(专利权)人：浙江传媒学院，
类型：发明
国别省市：