在计算机图形学和几何处理领域,三角网格简化(Mesh Simplification)技术是一项重要的研究课题,旨在通过减少网格的复杂度,在保证视觉保真度的前提下提升计算效率。网格简化在实时渲染、移动应用、增强现实(AR)和虚拟现实(VR)环境等应用中具有广泛的实际意义,尤其是在有限的计算资源和带宽条件下。
本工作主要贡献如下:
提出了一种新的目标函数,旨在同时满足准确性、三角形质量和特征对齐的要求,并能够在这三个方面实现有效的平衡;
提出了一种衰减权重的方法,逐步减少CVT能量项的影响,从而自然平衡两个能量项。
CWF方法提出了一种新的目标函数,旨在同时满足准确性、三角形质量和特征对齐的要求。给定N个可移动的点
本文首先展示了在几何处理中,强特征通常表现为局部区域内法向量的剧烈变化,而弱特征则是大尺度范围内的微妙形状变化。通过对莫比乌斯环模型的测试,本文发现以往的方法QEM [1]和LpCVT [2]在捕捉这些弱特征线方面存在困难,无法充分保留重要的几何信息。相比之下,本文提出的算法在保留弱特征方面表现出显著优越性,能够更有效地处理复杂几何简化任务中的微妙形状变化,如图1所示:
如表1、表2、图2和图3所示,本文在ABC数据集和有机模型上进行了大量对比实验,系统评估了提出的方法与现有SOTA方法的性能。实验结果表明,本方法在保持网格特征、提高简化质量方面显著优于其他基线方法,尤其在处理复杂几何结构和弱特征保留方面表现出色,显现出更高的精度和一致性。CVT [3] 优化Voronoi站点位置,实现高质量三角剖分,但难以保留复杂特征。LpCVT [2] 扩展了CVT,更好保留特征,但仍面临平衡特征保留和网格质量的挑战。QEM [1] 通过最小化二次误差简化网格,支持用户指定面片数,但在保持高质量三角形方面表现不足。SMS [4] 使用谱方法简化网格,但在多样几何结构中保留特征能力有限。IEM [5] 在QEM基础上保留内在特征,但处理复杂形状时仍有困难。LPM [6] 提取低分辨率等值面,并逐步简化表面,但可能导致细节丢失。PQ [7] 通过概率框架实现高效稳健的网格简化,显著提升一致性和抗噪性。MD [8] 提供灵活的网格简化模板,但在复杂几何结构中调参繁琐。ERB [9] 平衡几何保真度与网格质量,但不支持指定目标点数量。
表1 本方法与各类方法在ABC数据集上的定量对比
表2 本方法与各类方法在有机模型上的定量对比
图2 本方法与各类方法在ABC数据集上的定性对比
图3 本方法与各类方法在有机模型上的定性对比
-- End--
[1] Michael Garland, and Paul S. Heckbert. Surface simplification using quadric error metrics. Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques. 209-216, 1997.
[2] Bruno Lévy, and Yang Liu. Lp centroidal voronoi tessellation and its applications. ACM Transactions on Graphics (SIGGRAPH). 29(4), 119:1-119:11, 2010.
[3] Qiang Du, Vance Faber, and Max Gunzburger. Centroidal voronoi tessellations: applications and algorithms. SIAM Review. 41(4), 637-676, 1999.
[4] Thibault Lescoat, Hsueh‐Ti Derek Liu, Jean‐Marc Thiery, Alec Jacobson, Tamy Boubekeur, and Maks Ovsjanikov. Spectral mesh simplification. Computer Graphics Forum. 39(2), 315-324, 2020.
[5] Hsueh-Ti Derek Liu, Mark Gillespie, Benjamin Chislett, Nicholas Sharp, Alec Jacobson, and Keenan Crane. Surface simplification using intrinsic error metrics. ACM Transactions on Graphics (SIGGRAPH). 42(4), 118:1-118:17, 2023.
[6] Zhen Chen, Zherong Pan, Kui Wu, Etienne Vouga, and Xifeng Gao. Robust low-poly meshing for general 3D models. ACM Transactions on Graphics (SIGGRAPH). 42(4), 119:1-119:20, 2023.
[7] Philip Trettner, and Leif Kobbelt. Fast and robust QEF minimization using probabilistic quadrics. Computer Graphics Forum. 39(2), 325-334, 2020.
[8] Leif Kobbelt, Swen Campagna, and Hans-Peter Seidel. A general framework for mesh decimation. Graphics Interface. 98, 43-50, 1998.
[9] Kaimo Hu, Dong-Ming Yan, David Bommes, Pierre Alliez, and Bedrich Benes. Error-bounded and feature preserving surface remeshing with minimal angle improvement. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics (TVCG). 23(12), 2560-2573, 2016.