什么是模型轻量化？如何自动进行模型轻量化？

老子云3D可视化

已于 2024-07-15 16:52:01 修改

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文章标签： 3d 模型压缩模型轻量化模型减面模型格式转换倾斜摄影建模

于 2024-06-18 15:18:13 首次发布

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轻量化是已经是3D可视化业界人所共知的一个概念，虽然至今没有任何严谨的学术或者理论定义，但是这个概念已经几乎成为了行业的标准。它的大意是说，一个适用用于浏览器端渲染的模型数据，包括几何数据和行业数据，必然可以做的很小，如果和原建模软件的原始模型文件比较的话，如果做到1/4那是及格标准，做到1/10，乃至1/20之一是优秀。今天我们将讨论下这个概念下具体的技术实现方案和背后的计算机图形学理论，并且希望得出一个对整个行业有参考价值的结论。

定义

在讨论轻量化的可行技术方案之前，我们需要对轻量化进行一个定义和概念厘清。本文所探讨的轻量化，指对三维建筑模型模型，例如Revit，IFC等文件中三维几何数据部分的数据压缩。本文针对的轻量化不涉及任何其他非三维几何数据，包括纹理图片、材质信息、建筑BIM信息、二维图形信息以及软件特有的附加信息。很多平台产品将自己的纯三维几何数据大小和带有众多信息的原模型大小相对比，得出自己轻量化程度高的结论是非常不科学的。

我们需要对三维几何信息进行进一步定义。这里的三维信息特指三维三角形网格(triangular mesh)或者三维线网格(polyline mesh)。每一个mesh由一个顶点数组和一个索引数组组成。顶点数组中每一个顶点一定包含position，即三个32bit IEEE754 floating number，分别对应顶点的x, y, z坐标，可能包含normal，即三个32bit IEEE754 floating number，可能包含纹理坐标UV，即两个32bit IEEE754 floating number，可能包含顶点颜色，即四个8bit byte，分别对应RGBA四个通道。针对三角形网格，因为考虑渲染效率，一定采用顶点法线(vertex normal)，而不是面法线（face normal)。索引数组为一个unsigned int 16的数组，元素个数为3 * 三角形数量或者2 * 线段数量。

除了定义mesh，我们进一步定义轻量化的应用场景。轻量化仅指进轻量化程序处理后用于保存和网络传输的数据量可以压缩到比原始三维网格的数据量小。在进行渲染前，轻量化的数据可能会解压缩以便是适配于GPU渲染API的需要，解压缩的数据量可能会增大，甚至比原先的三维网格数量量更大，这是为了渲染效率优化的考虑。本文所讨论的轻量化仅针对优化存储优化和传输优化，并不针对渲染的优化。同时，我们认为因为渲染的API的接口规范已给定，渲染时实现100%还原度的无损数据压缩是不存在的，虽然本文最后对这类应用情况也提出了一种可行性方案。