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】
[0001]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】
[0002]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宄意义。
[0003]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。
[0004]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 0(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。用过研宄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。
[0005]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，因此需要研宄出一种能够将模型丰富的法线贴图传输出来的方法。
[0006]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】
[0007]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。
[0008]实现本发明的技术方案如下:
[0009]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:
[0010]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；
[0011]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；
[0012]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；
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