题目：三维动态场景的远程可视化研究

        随着网络时代的到来，以及移动计算平台，如笔记本电脑、平板电脑和智能手机等计算能力的提升，三维虚拟场景远程可视化已成为可视化技术发展的新趋势。但是观测和模拟所获取数据量的增长速度远大于网络带宽传输速度的增长，因而网络带宽与延迟性成为三维虚拟场景远程可视化的两大瓶颈。本论文以国家863课题“多源密集型动态运行数据呈现技术与服务系统”为背景，研究三维动态场景的远程可视化，在保证重构质量的同时，对如何高效压缩三维动态场景，降低网络带宽和延迟的限制进行了深入研究。主要研究内容如下：

       （1）基于网格分割的带纹理模型细节保持化简方法。随着三维扫描技术的日趋成熟，三维模型精度不断提高、数据量不断增大，在网络带宽一定的情况下，三维场景的远程传输时间长，影响远程绘制速度。通过几何模型化简可减少需要传输的面片数，但带多张纹理的模型在化简过程中会丢失几何和纹理细节。提出一种基于网格分割的化简方法，对带多张纹理的几何网格模型进行化简：首先根据模型的纹理、法线等外观属性对模型几何网格进行分割，降低网格之间的相关性，防止出现化简后纹理的拉伸或扭曲；然后对分割后的子网格进行加入外观属性的二次误差度量边折叠化简，减少需要传输的模型顶点和面片数量，降低网络带宽限制；最后基于奇异点融合方法对化简后子网格进行合并和裂缝修补，实现带多张纹理模型细节保持的化简。

      （2）基于复合刚体的三维动态场景远程可视化方法。在远程可视化中，三维动态场景包含的所有顶点在运动中的空间位置、颜色以及具有网格模型顶点的连接关系，都需要进行网络传输，数据量巨大。提出一种基于复合刚体的三维动态场景远程可视化方法：首先使用KD-tree对三维场景进行划分，并进行小刚体的并行构造；然后提出建立构造刚体的叶子节点和均匀三维网格之间的映射关系，使用并查集方法合并构造后的小刚体，实现三维动态场景的有效压缩；为了进一步提高压缩比，降低网络带宽的限制，提出复合刚体的概念和构造方法，将具有阶段运动一致性的刚体进行合并；最终将快速高效压缩后的动态数据传输到客户端，并重构三维动态场景。用户改变视点，在任意角度观察三维动态场景时，不需要服务器端重新传输数据，减少网络延迟的限制。

      （3）基于时空自适应采样的较大规模三维动态场景远程可视化方法。当三维动态场景规模较大，使用基于复合刚体压缩方法压缩后的数据量仍较大，不利于网络传输。考虑只将用户感兴趣的一定范围内的三维动态场景进行高效压缩传输到客户端，同时如何获取此范围内的三维动态数据，尽量避免视点改变时产生动态模型的非遮挡性错误也是要解决的难点问题。提出一种基于时空自适应采样的较大规模三维动态场景远程可视化方法：首先基于图像空间将定义的用户主视点投影图像中的模型像素点所对应原始三角形进行具有运动一致性刚体的构造压缩；为了降低用户感兴趣范围内三维动态场景中动态模型的非遮挡性错误，并且实现此范围剩余动态数据的有效压缩，提出以主视点为中心构造等边三角形进行空间和时间的自适应采样，获取用户感兴趣区域其他视点下的三维动态数据并合到构造的刚体中。最终将高效压缩后的动态数据传输到客户端，重构用户感兴趣区域较大规模的三维动态场景，减少网络延迟的限制。

      （4）基于动画深度图像的超大规模三维动态场景远程可视化方法。对超大规模复杂三维动态场景进行远程可视化，基于顶点运动轨迹的压缩，即使仅是传输用户感兴趣的区域，需要计算的顶点数量也较大，不利于网络传输。提出一种基于动画深度图像的三维动态场景远程可视化方法：由于超大规模场景中顶点数量巨大，首先提出基于阴影映射方法将原始三维动态场景在多视点多时刻投影下的深度图像中重复采样点剔除，使用深度图像中采样点代替原始模型顶点，从而大量减少需要参与计算的三维几何模型顶点数量；由于采样点代替顶点，顶点运动轨迹和连接关系消失，提出动画深度图像的概念和构造方法，计算深度图像中采样点的运动轨迹，并构造其连接关系；提出基于图像空间对动画深度图像中具有运动一致性的采样点进行聚类压缩，降低网络带宽的限制。最终将高效压缩后的动态数据传输到客户端，并重构一定范围内的超大规模三维动态场景，减少网络延迟的限制。