[论文解读] Connectivity Compression for Irregular Quadrilateral Meshes

Davis King, Jaroslaw R. Rossignac+1 more|ArXiv.org|May 4, 2000

Computer Graphics and Visualization Techniques参考文献 39被引用 55

一句话总结

本文提出了一种针对不规则四边形网格的连通性压缩方法，保留了原始的四边形结构，与基于三角形的方法相比，编码大小减少了30%–80%。通过利用四边形拓扑结构并采用熵编码，将比特成本降低至每顶点0.3–0.9比特，最坏情况下的比特成本为每顶点3比特（无边度为二的顶点的网格为2.75比特/顶点）。

ABSTRACT

Applications that require Internet access to remote 3D datasets are often limited by the storage costs of 3D models. Several compression methods are available to address these limits for objects represented by triangle meshes. Many CAD and VRML models, however, are represented as quadrilateral meshes or mixed triangle/quadrilateral meshes, and these models may also require compression. We present an algorithm for encoding the connectivity of such quadrilateral meshes, and we demonstrate that by preserving and exploiting the original quad structure, our approach achieves encodings 30 - 80% smaller than an approach based on randomly splitting quads into triangles. We present both a code with a proven worst-case cost of 3 bits per vertex (or 2.75 bits per vertex for meshes without valence-two vertices) and entropy-coding results for typical meshes ranging from 0.3 to 0.9 bits per vertex, depending on the regularity of the mesh. Our method may be implemented by a rule for a particular splitting of quads into triangles and by using the compression and decompression algorithms introduced in [Rossignac99] and [Rossignac&Szymczak99]. We also present extensions to the algorithm to compress meshes with holes and handles and meshes containing triangles and other polygons as well as quads.

研究动机与目标

• 解决3D模型在互联网可访问应用中存储成本过高的问题。
• 克服现有压缩方法主要针对三角形网格而非四边形或混合网格的局限性。
• 开发一种保持原始四边形结构的连通性压缩技术，以提高压缩效率。
• 将该方法扩展至处理具有孔洞、柄以及混合多边形（三角形、四边形及其他多边形）的网格。

提出的方法

• 提出一种将四边形分割为三角形的规则，以保持原始四边形拓扑结构，确保编码的一致性。
• 以Rossignac99和Rossignac&Szymczak99的压缩与解压缩算法为基础构建该方法。
• 应用熵编码以实现低比特率，结果取决于网格的规则性。
• 设计一种方案，其最坏情况下的比特成本有理论保证：每顶点3比特（无边度为二的顶点的网格为每顶点2.75比特）。
• 将算法扩展以支持具有孔洞和柄等拓扑特征的网格。
• 除四边形外，还支持包含三角形及其他高阶多边形的混合多边形网格。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过保留原始四边形结构，是否能显著改进不规则四边形网格的连通性压缩？
• RQ2 与基于三角形分割的方法相比，基于四边形结构感知的编码在压缩效率上表现如何？
• RQ3 不规则四边形网格连通性编码的理论最坏情况比特成本每顶点是多少？
• RQ4 该方法能否扩展以处理具有孔洞和柄等复杂拓扑结构的网格？
• RQ5 在典型的不规则四边形网格上，通过熵编码可实现多大的比特率改进？

主要发现

• 所提出的方法在不规则四边形网格上相比基于三角形分割的方法，编码大小减少了30%–80%。
• 对于典型网格，熵编码可将比特成本降低至每顶点0.3至0.9比特之间，具体取决于网格的规则性。
• 该方法保证最坏情况下的比特成本为每顶点3比特，或对于无边度为二顶点的网格为每顶点2.75比特。
• 该方法支持包含孔洞、柄以及混合多边形（三角形及其他高阶多边形）的网格，而不仅限于四边形。
• 通过利用原始四边形结构而非将其视为三角形网格，显著提升了压缩效率。
• 该方法可基于Rossignac99和Rossignac&Szymczak99的现有算法实现，确保了实际部署的可行性。