JP4452242B2 - 漸進的な三次元メッシュ情報の符号化/復号化方法及びその装置 - Google Patents
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Description
▲多角形メッシュ(Polygonal mesh):多角形メッシュは頂点の3次元空間上の座標(幾何情報)、それぞれの面とそれを構成する頂点との関係(連結情報)及びメッシュの幾何学的構造には影響を与えないが、どのように見えるかに対して影響を与える色相、法線、テクスチャー座標情報などの画像情報によって定義される。
▲エッジ(Edge):頂点インデックスの対をエッジと称する。もし、多角形メッシュにおいて1つのエッジが一面でのみ現れるとこれを"boundary"と定義する。もし、多面に同一なエッジが現れればこのエッジは"singular"と定義する。但し、二枚の隣接面にのみ現れるエッジは"internal"と定義する。boundary edgeとinternal edgeは"regular"と定義する。
▲連結成分(Connected Component):多角形メッシュにおいて経路(path)は一つのエッジにより連結された連続的な頂点の対のような非反復的な頂点の系列である。一つの経路において最初の頂点と最後の頂点はその経路により連結されたと称される。三角形メッシュの全ての頂点の全ての対が一つの経路により連結されたとすれば三角形メッシュは連結されたと見なす。一つの三角形メッシュが連結されない場合には二つ以上の連結成分に分解されうる。それぞれの連結成分は元の三角形メッシュの頂点、エッジ及び三角形の部分集合から構成された連結された三角形メッシュであり、その三角形メッシュの二つの頂点を一つの経路により連結すると同じ連結成分に属することになる。
▲MPEG(Moving Picture Expert Group:MPEG)はビデオなどの多様なメディアの伝送のための圧縮フォーマットを標準化するための国際標準化活動である。
▲メッシュは客体を多数個の多角形で構成して表現したものである。
▲位相幾何学的サーザリ(Topological Surgery)は、メッシュを三角形のストリップ(strip)状に作るために、与えられた経路(path)に沿ってメッシュをカットする、IBM社のメッシュコーディングのための方法である。
▲三角形スパニングツリー(Triangle spanning tree)は位相幾何学的サーザリにおいて頂点スパニンググラフに沿ってカットして示す三角形ストリップ(triangle strip)であって、2進ツリー構造である。
▲vlastは現在のラン(run)が最後のブランチなのか否かを示す。最後のブランチであれば1、そうでなければ0が与えられる。
▲vleafは現在の頂点ラン端がリーフで終わるか、或いはブランチングノードで終わるかを示す。リーフで終わると1、そうでなければ0が与えられる。
▲loopstartは頂点ランのうち一部はリーフが再び他の頂点ランに会ってループを形成する場合が発生するが、そうした場合の開始を示す。
▲loopendは頂点ランのリーフがループを形成する場合、その終点を示す。
▲loopmapはloopstartとloopendの相互連関性を示す。loopendからloopstartへのエッジを関連付けるインデックスの集合である。
▲tleafは三角形のランがリーフ三角形で終るか、ブランチングする三角形で終わるかを示す。リーフ三角形ならば1、そうでなくブランチングする三角形ならば0が与えられる。
▲polygonedgeは現在のエッジが元のメッシュモデルから与えられたエッジなのか、それとも多角形を三角形の集合として表現するためにいれたエッジなのかを示す。元のメッシュモデルから与えられたエッジならば1、そうでなければ0が与えられる。
既存の三次元メッシュデータに対する符号化ではメッシュデータ全体に対して符号化を行っていたため、全体のビットストリームを全て受取る前に符号化されたデータを部分的に復元することはほぼ不可能であった。また、伝送時発生する線路上のエラーによって極一部のデータが損失されても、全体を再び受取らなければならないという非効率が存在した。その例として、現在MPEG-4 SNHC三次元メッシュ符号化の技術として採択されているIBM社の符号化方式(ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 MPEG98/W2301、"MPEG-4SNHC Verification Model 9.0")を挙げることができる。
一般に、グラフィックの迅速な処理のためにはモデリングされる単位が三角形でなければならないが、このような三角形はランダムに構成されるものではなく、ストリップやファンの形で相互連結されていることが望ましい。また、シンボルが反復されて表現されたものであるほど圧縮率に優れる。IBM社はこのような圧縮率とグラフィックの迅速な処理という観点でメッシュを可能な限り一つの長い三角形ストリップで作ろうとした。
図2,図3は三角形メッシュの一例に対して頂点スパニンググラフと三角形スパニンググラフを生成する既存の方法を示したものである。図2(A)乃至図3(A)において太線で描いた部分が頂点スパニンググラフであり、このグラフは一本のブランチから多数本のブランチに分岐されうる。頂点スパニンググラフに沿ってメッシュをカットすれば、1つの連結された長い三角形ストリップが得られる。これを三角形スパニンググラフと称し、図2(C)に示される。図3(B)は頂点スパニンググラフにより形成されるバウンディングループを生成する過程を示し、図3(C)はデュアルグラフを示す。図3(C)に示されたデュアルグラフは三角形内の任意の一点をそのエッジを通過して隣接する三角形の内部の一点に連結する線を連結したものであり、三角形スパニンググラフの場合には2進ツリー構造を有する。
この方法でエンコーディングされたデータを復元する方法は次の順序通り構成される。
2.三角形スパニングツリーにおいてブランチングする三角形の第3の頂点をY-頂点とし、三角形スパニングツリーのビットストリームを用いてY-頂点を計算する。
3.三角形スパニンググラフの三角形マーチビットパターンを用いて三角形または多角形を生成する。
1.データのデコーディングのためには全てのビットストリームを入力すべきなので、伝送中にエラーが発生した場合、全てのビットストリームを再伝送しなければならない。
従来の技術の短所を克服するためには次のような問題点を解決すべきである。
1.伝送中にエラーが発生してもその部分のみを再伝送することによってネットワークの負担と伝送時間を低減すべきである。
前記二つの機能を既存のIBM社の方法の基本構造を維持しながら具現するためには、まず図3に示されたようなバウンディングループとY-頂点をどのように効率よく処理するかにかかっている。復元段階でY-頂点を計算するためにはブランチングする二つの三角形ランのうち少なくとも一方の三角形ランが全て入力されていなければならない。図3(C)において10、14、18に該当する点がY-頂点である。三角形ラン内に位置する三角形に対してはマーチビットパターンとバウンディングループを用いてその三角形の三つの頂点に対してインデックスを決定しうる。しかし、ブランチ三角形の3番目の頂点のY-頂点はつながる他の二つの三角形ランに対する全てのビットストリームがなければそのインデックスが決定できない。従って、後続ビットストリームが入る前まではブランチ三角形の以降の全ての三角形は復元されてディスプレーできない。IBM社の方法では全てのビットストリームが全て入力されていると仮定するので、かかる問題が発生しないが、入力順序通り三角形を復元してディスプレーするためにはかかる問題を解決すべきである。
図7によれば、三次元メッシュデータ100は連結情報、幾何情報、そして画像情報に分れて各々連結情報符号化器102、幾何情報符号化器103、画像情報符号化器112を具備する符号化器101により符号化される。この際、頂点構造に対する情報105は連結情報符号化器102から幾何情報符号化器103に伝えられる。連結情報符号化器102、幾何情報符号化器103、そして画像情報符号化器112で圧縮された情報はエントロピ符号化器104により圧縮されたビットストリーム111で置換えられる。
まず、三次元メッシュの漸進的な処理のために、本発明では新たなメッシュ構造を図8のように提案する。図8によれば、三次元メッシュMOは連結または連結されていない多数の部分に分けられる。三次元メッシュMOに含まれた部分を多数個の段階別メッシュMOLに再構成しうる。一つの段階別メッシュはそれ自体の復元に必要な連結情報、幾何情報及び画像情報などを含む。この際、段階別メッシュは1つまたはそれ以上の部分メッシュMCOMを含むことになる。即ち、段階別メッシュは部分メッシュの集合で表現されうる。この際、部分メッシュは一つの独立した情報単位となり、連結情報、幾何情報、または画像情報に対する基本処理単位として取扱われる。
まず、一つの三角形メッシュが復元されるために必要な情報を要約すれば次の通りである。
図15は三角形グラフとバウンディングループインデックスとの関係に対する概念図である。図15においてmは右側開始インデックス、nは左側開始インデックス、中間の矢印はコーディングされる三角形の順序であり、この時前進する方向を基準として三角形ストリップの右側に位置する境界を右側境界、左側に位置する境界を左側境界、内部の点部はブランチ三角形である。
●ブランチ三角形以前の三角形の場合
図15に示されたように、ブランチ三角形以前の三角形の場合にはバウンディングループのインデックスが左側境界では1ずつ増加し、右側境界では1ずつ減少するので、マーチビットが復号化される度に三角形の三つの頂点をすぐ復元しうることがわかる。
図15においてブランチ三角形は三つの頂点b[m-3]、b[m-10]、b[n+2]で構成されることが分かる。しかし、ブランチ三角形において右側ブランチの三角形情報、即ち三角形の個数が分かる情報が入らなければ3番目の頂点のY-頂点のバウンディングループにおけるインデックスであるm-10がわからない。従って、Y-頂点のインデックスが決定されるためには一方のブランチの三角形の個数が分かる情報が入らなければならないことがわかる。一方のブランチの個数を知るためには三角形グラフで三角形ランに対する情報のみ入れば可能である。図15の場合、右側のブランチ数がp個なら用いられる頂点の個数は次の通り容易に分かる。
従って、図15においてブランチ三角形の3番目の頂点のY-頂点のバウンディングループにおけるインデックスは右側境界上の頂点のインデックスがm-3であり、ブランチ内の三角形の個数が5個という事実を用いて次の通り決定しうる。
Y-頂点のインデックス=(m-3)-(5+2)=m-3-7=m-10
●ブランチ三角形から分岐するブランチ内の三角形である場合
この場合、ブランチ三角形のY-頂点が決定されないと三角形の頂点のインデックスが決定できない。これは図15に示された右側のブランチでY-頂点が解決されないと左側境界上に位置する頂点のインデックスが決定されないからである。
データ分割方法を大きく2種に分けて固定分割方法及び可変分割方法を提案する。固定分割方法は与えられたモデル全体に亙って同一な分割方式が適用される反面、可変分割方法はデータ分割に含まれるビットストリームの種類、即ち頂点グラフ、三角形ツリー、三角形データ等によって異なる分割方式を使用しうる。
図16(A)乃至図16(D)は位相幾何学的サーザリ過程における本発明が提案する固定データ分割方法を示す。scは開始コード、idはパーティションの識別子、vgは頂点グラフ、ttは三角形ツリー、そしてtdは三角形データを示す。図16(A)は一つの連結されたデータを一つの単位データに区分する場合であり、図16(B)は一つの連結されたデータ内で頂点グラフ及び三角形グラフを各々一つのデータ単位に束ねる場合である。
●全体のデータが伝送されなくても伝送されたデータ単位として漸進的な復元が可能である。
●エラーが発生したデータ単位のみを再伝送することによってネットワークの負荷を減らしうる。
データ分割方法は次の通りである。
図16(A)がこの場合を示している。この方法は具現しやすく、連結成分間の大きさに差がなければ効率的である。しかし、連結成分の大きさが不均一で差が大きければデータ分割の大きさが不均一になる。さらに、連結成分そのものが大きければ効率性が劣る。
2.小さな連結成分を合わせて分割する方法
モデル内に小さな連結成分を多く含むと、ビット量が増加して非効率的になる。これを防止するために、小さな連結成分を一つの成分に集めた後、それぞれの成分を独立したデータパーティションにコーディングする方法である。
前記方法等は大きな連結成分がある場合には非効率的になる短所がある。このような点を解決するためには、図16(C)と図16(D)のように連結成分そのものを分割する。即ち、図16(C)は図16(A)において一つのモデルに属する全ての連結成分の頂点グラフ情報を集めた後これを分割し、三角形グラフ情報を別に全て集めた後、三角形グラフを独立したデータパーティションとしてコーディング処理する方式を示す。図16(D)は図16(B)の三角形グラフそのものを再び多数個のパーティションに分けてコーディング処理する方式を示す。
1.連結成分の再構成(ステップ251)
小さな連結成分は合わせてデータパーティションの大きさの範囲に含まれるようにする。図18の例においては、連結成分CC1と連結成分CC2を合わせて再構成された成分CC'1を作る。データパーティションの大きさに比べて大きな連結成分は内部で小さな成分に分割する。図18の例においては、3番目の連結成分CC3を多数個の成分CC'2、...、CC'kに分割した。
再構成したそれぞれの成分に対して頂点グラフと三角形グラフの対を作る。
3.頂点グラフと三角形グラフの再配列(ステップ253)
ステップ252の過程で生成した頂点グラフを一つの頂点グラフ情報に再配列し、三角形グラフを一つの三角形グラフ情報に再配列する。
ステップ253の過程で再配列した頂点グラフ情報を所定の大きさの単位に分割する。
5.三角形グラフ情報の分割(ステップ255)
ステップ253の過程で生成した三角形グラフ情報を所定の大きさの意味のある単位に分割する。
データを分割するためには次のような事項を考慮しなければならない。
▲本発明の場合のようにエラー回復性のためにはデータを分割し、それぞれのパーティションの前に開始コードを与えるべきである。
▲一般にデータを分割すると、データを分割しない場合に比べてビットストリーム量が増えることになる。
▲従って、エラー回復性の支援が不要な場合、不要な開始コードを挿入し続けてコーディングすべきなのでビット量が無駄に増えるという短所がある。
このような理由で固定分割方法を使用すればエラー回復性の支援が不要な場合にも開始コードを挿入すべきである。従って、無駄にビット量が増加される。これを解決するために固定分割方法の代わりに可変分割方法を使用することになる。
▲それぞれのパーティションの前には開始コードを挿入する。
▲開始コードに続いて分割の形態情報をコーディングする。この情報はパーティション中に含まれる情報の種類に応じて別の値が与えられる。
▲一つのパーティションに頂点グラフ、三角形ツリー、三角形データなどのデータの一部または全体が含められる。
図20及び図21における大きな連結成分の分割方法には次のような差が存在する。
▲ 図21に示されたようにvgのみを別にコーディングすると、後続の最初のtt、td対のためにscとvi情報をコーディングすべきなのでビット量が増加する。
従って、vgのみをパーティションに含むか、またはttとtdとを共に分割するかを選択することが重要であるが、ビット量を考慮すればtt、td対をvgと同一なパーティションでコーディングすることが望ましい。
位相幾何学的サーザリでは多角形で構成されたメッシュ情報をコーディングするために、まず多角形情報を三角形メッシュで再構成する。図22は多角形メッシュの三角形メッシュ化の一例を示した図面である。図22において実線は元多角形メッシュのエッジであり、点線は多角形を三角形に割るために加えられた仮想エッジである。
●実際エッジならば1の値で、
●そうでなければ0の値で符号化する。
1.仮想エッジにおける分割が許されない場合には、パーティション内の最初の多角形エッジ値はコーディングしない。本発明ではこのように実際エッジでのみ分割することを基本とする。
<三角形グラフのデータ分割>
三角形グラフの分割のため、本発明では以前パーティションの最後から最初に現われる分岐する三角形の左側(右側)ブランチの三角形情報が全て入力される位置でデータ分割を行う。
既存の位相幾何学的サーザリ方法ではコーディングする順序が全体の三角形グラフに対して固定されている。コーディングの順序を一定に固定する方法において問題となるのは、先にコーディングすべきブランチの大きさが過度に大きくなる場合である。もし、分岐する2つのブランチの大きさが均一でなければ、Y-頂点を解決するためには小さなブランチを先にコーディングして伝達するのがさらに効率的である。これにより、Y-頂点を早く決定し、レンダリングもさらに早く行える。従って、コーディングする順序を一定に固定したままデータを分割すれば、Y-頂点を効率よく決定できず、多角形の漸進的な復元及びレンダリング効果が期待できない。
エラーが発生したデータパーティションをあきらめると、後続データパーティションに対する復号または復元が不可能に成り得る。従って、エラーが発生したデータパーティションは再伝送されなければならない。それともエラーが発生した以降の全てのデータパーティションはあきらめなければならない。このような非効率性を防止するためには、それぞれのデータパーティションを独立的に復元及びレンダリング可能にすべきである。このためには各データパーティションが始まるバウンディングループ上における開始位置値を与え、同時にY-頂点のインデックス値がデータパーティションにおいて独立的に特定できるようにすべきである。
● 第1はブランチ三角形において一方のブランチを全て含んでメーンブランチでのみ分割を行わせる方法である。図23ではメーンブランチからカットする場合の例を示している。
● 第2はY-頂点のバウンディングループにおけるインデックス値をヘッダに直接示す方法である。図15の場合m-10の値をヘッダに与えればよい。
前述したように、パーティション内に含まれるデータを他のパーティションとは独立して復号化して復元するためには、バウンディングループにおいて三角形ストリップの境界の開始点に対応する左側及び右側インデックスをパーティションに示す。ビットストリームがCDのような貯蔵媒体のように順次に入る場合、ビット値の変形のみが存在すると仮定しうる。かかる場合にバウンディングループのインデックスは連結成分(CC)別に0から始まってバウンディングループの大きさの間に存在するので、パーティションのヘッダ部分に与えるインデックス値もその間の値にコーディングすればよい。それは、バウンディングループと三角形グラフ情報が正確に一対一の対応関係であり、常に頂点グラフ、三角形グラフの順にコーディングされるために可能である。しかし、伝送媒体の特性に応じては伝送の遅延による送信順序と受信順序が異なる場合が発生したり、ビットストリームの損失が発生する場合もある。このような場合、三角形グラフと対応される頂点グラフ情報が常に適時に正しく入るとは保障できないので、前の場合とは異なってインデックス値を与えるべきである。
図29(A)及び図29(B)はパーティションの開始インデックス情報をコーディングする方法を示す図面である。最初の連結成分のバウンディングループの大きさがn1で、2番目の連結成分のバウンディングループの大きさがn2の場合、2番目の連結成分のパーティションは図29(A)及び図29(B)のように2種の方式でインデックス情報がヘッダに与えられる。図29(A)は連結成分別バウンディングループインデクシングを行う場合のパーティションのヘッダ情報を示した図面であって、図29(B)はモデル全体にわたってバウンディングループインデクシングを行う場合のパーティションのヘッダ情報を示した図面である。
既存の位相幾何学的サーザリ方法では三角形グラフをコーディングする時にコーディングする方向が固定されていた。即ち、一度左側優先で決定されれば三角形グラフ全体にわたって左側方向優先でコーディングすることになる。既存の位相幾何学的サーザリではオリエンテーション情報を与えなかったため既存の三角形グラフのビットストリーム上の位置が重要である。三角形グラフは三角形ランと三角形データとから構成されている。
後者の方法を使用すれば、前者の場合よりレンダリングのための待ち時間とメモリの使用を低減しうる。
三角形のマーチ情報以前に三角形ラン情報が先に復号化されるので、先にコーディングされたブランチに含まれる三角形の個数がわかる。オリエンテーション情報と三角形ランとを復号化した結果、先にコーディングするように決定されたブランチ内における三角形の個数がt個ならば次のようにY-頂点を決定しうる。
ブランチ三角形の右側境界上の頂点に対したバウンディングループにおけるインデックスがqならばY-頂点のインデックスは次の通りである。
Y-頂点の位置=q−t−2
● 左側ブランチを先にコーディングした場合(オリエンテーション値が0の場合)
ブランチ三角形の左側境界上の頂点に対したバウンディングループにおけるインデックスがpならばY-頂点のインデックスは次の通りである。
<データパーティション時の幾何情報のコーディング方法>
今まではデータパーティションにおいて主にモデルの連結情報を中心として本発明を記述した。しかし、幾何情報のビットストリーム上における配置及びコーディングも重要である。本発明ではエラー回復性と漸進的なレンダリングのために次のように処理する。
図30(A)乃至図30(B)はパーティション情報のコーディングにおける幾何情報のコーディングの例を示した図面である。図30(A)乃至図30(D)において陰をつけた円は以前パーティションでのみコーディングされる幾何情報であり、黒色円は以前パーティションと現在パーティションにおいて全てコーディングされる幾何情報であり、白色円は現在パーティションにおいてコーディングされる幾何情報を意味し、太実線はパーティションの境界を示す。
第1、図30(A)に示されたように、現在パーティションには以前パーティションにおいて現れなかったもののみコーディングする方法である。
第2、図30(B)に示されたように、以前の他のパーティションでコーディングされた情報を現在のパーティションにおいてもコーディングすることによって、以前パーティションに独立して現在のパーティションにおいて幾何情報を復元可能にする方法である。
第4、図30(D)に示されたように、以前パーティションと現在パーティションに重畳されて現れる幾何情報は一般に三角形ストリップの何れの境界面から連続されて現れるので、重畳されるデータの半分は以前パーティションで、そして残り半分は現在パーティションでコーディングする方法である。
前記第1の方法は具現しやすいものの幾何情報のコーディングのための予測に使用しうる周辺データの数が前記第2の方法より少ないために幾何情報の正確度に劣る恐れが大きい。
前記第2の方法は第1の方法に比べて確実に幾何情報の正確度は改善されるが、境界に現れる幾何情報を両パーティションで重畳してコーディングするために圧縮率に劣る短所がある。
前記第4の方法は第2の方法に比べて別に重畳コーディングされる短所がないため圧縮率は向上されるが、第1の方法に比べてレンダリングしにくい短所がある。即ち、前記第1、第2及び第3の方法はその自体のみで復元及びレンダリングが可能であるが、第4の方法はレンダリングのためには周辺の幾何情報を用いて抜けた値を補間して使用するか、または次のパーティションが入るまで待つべき短所がある。
即ち、
● ヘッダに予測値が0に設定されていると、前記第1の方法を使用してパーティションをコーディングし、
● ヘッダに予測値が1に設定されていると、前記第2の方法を使用してコーディングする。
今まで主にメッシュ情報の連結情報をパーティションする方法を示した。幾何情報、色相情報、法線情報とテクスチャー座標などの画像情報のコーディング方式もエラー回復性と漸進的レンダリングのために重要である。これをコーディングする方式として次のような方式を考慮しうる。図31(A)乃至図31(C)はマーチビット、幾何情報及び画像情報のデータ分割における配置のためのシンタックスを例示した図面である。図31(A)ではマーチビット毎に画像情報をコーディングする。この方法によれば、マーチビットと多角形エッジ情報とを復号化しながら直ちに三角形を復元し、レンダリングしうる長所がある。従って、本発明の一実施例ではこの方法を使用する。しかし、選択的に図31(B)や図31(C)のように、マーチビット列、幾何情報及び画像情報を各々別に結合する方式も使用しうる。
ルート三角形パーティションにおいて最初に現れる三角形をコーディングする(302段階)。
ルート幾何情報をコーディングする(303段階)。
三角形の各頂点に対して以前パーティションでコーディングされたかを判断する(306、307段階)。以前パーティションでコーディングされなかった場合現在のパーティションでコーディングしたかを判断し(309段階)、コーディングされていなければコーディングを行う(310段階)。頂点が以前パーティションでコーディングされたが、予測値が1なら(308段階)、現在のパーティションで既にコーディングされたかを判断し(309段階)、コーディングされていない場合コーディングする(310段階)。
<データパーティションのシンタックス>
前述した本発明を用いたデータパーティションのシンタックスの構成は図33のようである。図33において、scは開始コードで、idはデータパーティションを確認するための識別子であり、#triはデータパーティションに含まれた三角形の個数である。エラーが発生する場合、該当データパーティションを再伝送される必要がある。この際、伝送側に再伝送を要求するために使われるものがidである。即ち、受信側は所望のパーティションを再伝送されるためには伝送側に該当idを有するデータパーティションを再伝送することを要求することだけで十分である。三角形の個数、即ち図33における#triをコーディングする理由はデータパーティションの大きさが固定されていないからである。即ち、ビットストリームの大きさを用いてデータを分割することではなく、前述したように三角形グラフの特性を考慮してデータを分割するので、パーティションの大きさが一定しないからである。三角形の個数を知っていると復号過程で発生する三角形の個数を通じてパーティションの復号化を終えることができる。即ち、三角形の個数は三角形グラフのマーチ、リーフ、ブランチングビットを合せた個数と同一で、多角形エッジの個数(最初多角形エッジがコーディングされない場合にはこれを共に計算すべきである)とも同一であるからである。
データを分割すれば一つのデータパーティションの端がわかる情報がなければならない。データの端がわかる方法にはデータの分析結果から類推できる方法とそうでなく大きさに関する情報を与える方法がある。大きさが分かるように分割する方法には次のような方法がある。
2.三角形グラフを一つのデータパーティションとする。三角形グラフは一つの2進ツリーを構成するので類推過程を通じて容易にその端がわかる。
3.連結成分を各々一つのデータパーティションとする方法によっても前記1と前記2の過程を通じて容易に分かる。即ち、頂点グラフをコーディングし、次いで三角形グラフ情報をコーディングするので、頂点グラフ情報が復元されると後続情報が三角形グラフ情報ということを把握して前記2のように三角形グラフ情報を類推すればパーティションの端がわかる。
3次元多角形メッシュに対する圧縮されたビットストリームはグロ−バル情報を有するヘッダデータブロックとこれに後続され各々メッシュの一つの連結成分に関連された一連の連結成分データブロックとから構成されている。
もし、メッシュが階層的モードに符号化されると、各フォレスト分割ブロックは選択的事前平滑化データブロック(pre-smoothing data block)、事後平滑化データブロック(post-smoothing data block)及び1つまたはその以上の連結成分更新データブロックで構成される。
事後平滑化データブロックは量子化加工物を除去するために頂点座標に対する平坦化に適用するために必要な媒介変数を有する。
各連結成分更新データブロックは事前更新データブロックと事後更新データブロックとから構成される。
連結が事前更新データブロックにある情報から更新された後、事前平坦化データブロック内に貯蔵された媒介変数により前述された事前平坦化動作が頂点座標に対するグロ−バル予測器として適用される。
以下、可変分割方法を用いたコーディングのシンタックスを示す。ここで、nTrianglesPerMOCはパーティション(MOC)におけるターゲット三角形の個数である。
▲ 3D_Mesh_Object
MO_start_code:これは同期目的として用いられる長さ32(sc+7)の唯一のコードである。
▲ 3D_Mesh_Object_Header
ccw:このブール値(boolean value)は復号化されるフェースの頂点順序が逆時計回り方向の順序に従うか否かを示す。
solid:このブール値はモデルが堅いか否かを示す。
creaseAngle:この6ビット符号無し整数はクリーズ角(crease angle)なのか否かを示す。
▲ 3D_Mesh_Object_Layer
MOL_start_code:これは同期目的として用いられる長さ32(sc+7)の唯一のコードである。
N_Trianglesは3次元メッシュの現在の解像度における三角形の個数である。計算を減らすために使われる。
N_Edgesは3次元メッシュの現在の解像度におけるエッジの個数である。計算を減らすために使われる。
MOBL_start_code:これは同期目的として用いられる長さ32(sc+7)の唯一のコードである。
mobl_id:この8ビット符号無し整数はメッシュ客体成分(mesh object component)に対する唯一の識別子を示す。
▲ coord_header
coord_binding:この2ビット符号無しの整数は3次元メッシュに対する頂点座標の結合を示す。唯一に許容される値は‘01’である。
coord_xmin、coord_ymin、coord_zmin:この不動小数点値は幾何情報の置かれたバウンディングボックスの左下側コーナーを示す。
coord_quant:この5ビット符号無し整数は幾何情報に対する量子化ステップ(quantization step)を示す。
coord_pred_type:この2ビット符号無し整数はメッシュの頂点座標を再生するために用いられる予測の形態を示す。
▲ normal_header
normal_binding:この2ビット符号なし整数は3次元メッシュに対するノーマルの結合を示す。許容可能な値は表4に示される。
normal_quant:この5ビットの符号なし整数はノーマルに対して用いられる量子化ステップを示す。
normal_pred_type:この2ビット符号なし整数はどのようにノーマル値が予測されるかを示す。
▲ color_header
color_binding:この2ビット符号なし整数は3次元メッシュに対する色相(color)の結合を示す。許容可能な値は表8に示される。
color_xmin、color_ymin、color_zmin:この不動小数点値はRGB空間内のバウンディングボックスの左下側コーナーの位置を示す。
color_size:この不動小数点値は色相バウンディングボックスの大きさを示す。
color_pred_type:この2ビット符号なし整数はどのように色相が予測されるかを示す。
▲texCoord_header
texCoord_binding:この2ビット符号なし整数は3次元メッシュに対するテクスチャーの結合を示す。許容可能な値は表12に示される。
texCoord_xmin、texCoord_ymin、texCoord_zmin:この不動小数点値は2次元空間内のバウンディングボックスの左下側コーナーの位置を示す。
texCoord_size:この不動小数点値はテクスチャーバウンディングボックスの大きさを示す。
texCoord_pred_type:この2ビット符号なし整数はtexCoord_bindingが‘01’ならば常に‘10’で、そうでない場合には‘01’である。
texCoord_nlambda:この2ビット符号なし整数はテクスチャーを予測するために用いられる先祖の個数を示す。texCoord_nlambdaに対して許容可能な値は1と3である。表13はtexCoord_pred_typeの機能として許容可能な値を示す。
▲Cgd_header
N_Proj_surface_Spheresは射出された表面球(Projected Surface Spheres)の個数である。典型的に、この個数は1と同一である。
y_coord_Center_Pointは射出された表面球の中心点(典型的に、客体の重心点)のy座標である。
z_coord_Center_Pointは射出された表面球の中心点(典型的に、客体の重心点)のz座標である。
Min_Proj_Surfaceは対応する射出された表面球に関する最小の射出された表面値である。この値は度々(しかし、必ずしもその必要はない)Proj_Surface値のうち1つと同一である。
N_Proj_Pointsは射出された表面が伝送される射出された表面球上の点の個数である。他の全ての点に対して、射出された表面は線形補間により決定される。N_Proj_Pointsは典型的に最初の射出された表面球に対しては小さく(例えば、20)、さらに射出された表面球に対しては非常に小さい(例えば、3)。
Proj_SurfaceはSphere_Point_Coordにより記述された点内の射出された表面である。
▲connected_component
3D_VG_MOC_start_code:これは頂点グラフMOCの同期目的として特別に使用される長さ32(sc+7)の唯一のコードである。
3D_SP_MOC_start_code:これは簡単な多角形MOCの同期目的として特別に使用される長さ32(sc+7)の唯一のコードである。
sp_moc_id:この符号なし整数は簡単な多角形MOCの識別子を示す。
ntrianglesPerMOC:この符号なし整数はパーティションに属する三角形の長さを示す。
right_bloop_idx:この符号なし整数はパーティションにおいて再生される三角形ストリップに対するバウンディングループテーブル内における右側開始インデックスを示す。
prediction:このブールは両パーティションに共通された座標、色相、ノーマル及び色相座標情報をどのように符号化/復号化するかを指定するが、prediction値が1ならば全ての共通情報は両パーティション内で符号化され、そうでなければただ一つのパーティション内でのみ符号化される。
vg_simple:このブール値は現在の頂点グラフが簡単なのか否かを指定する。簡単な頂点グラフはいかなるループも含まない。このフィールドは算術的に符号化される。
vg_last:このブールフラグは現在のランが現在のブランチング頂点から始まる最後のランなのか否かを示す。このフィールドは各ブランチング頂点の最初のラン、即ち、skip_last変数が真(true)の時には符号化されない。現在の頂点ランに対しvg_lastの値が符号化されない場合には偽(false)であると見なされる。このフィールドは算術符号化される。
vg_loop_index:この符号なし整数は現在のループが連結されたランに対するインデックスを示す。その単一(unary)の表現は算術符号化される。もし、変数openloopsがvg_loop_indexと同じならば、その単一の表現で後続される‘1’は削除される。
その単一の表現は算術符号化される。
vg_loop:このブールフラグは現在のランのリーフがループを示し、そのグラフのブランチング頂点に連結したか否かを示す。このフィールドは算術符号化される。
tt_run_length:この符号なし整数は現在の三角形ランの長さを示す。
その単一の表現は算術符号化される。
triangulated:このブール値は現在の成分が三角形のみを含むか否かを示す。このフィールドは算術符号化される。
marching_pattern:このブールフラグは三角形ラン内部のエッジのマーチパターンを示す。0は左からのマーチを示し、1は右からのマーチを示す。このフィールドは算術符号化される。
▲ triangle
coord_bit:このブール値は幾何情報(geometry)ビットの値を示す。このフィールドは算術符号化される。
coord_sign_bit:このブール値は幾何情報サンプルの符号を示す。このフィールドは算術符号化される。
coord_trailing_bit:このブール値はトレーリング幾何情報ビットの値を示す。このフィールドは算術符号化される。
normal_heading_bit:このブール値はヘディングノーマルビットの値を示す。このフィールドは算術符号化される。
normal_sign_bit:このブール値はノーマルサンプルの符号を示す。このフィールドは算術符号化される。
color_bit:このブール値は色相ビットの値を示す。このフィールドは算術符号化される。
color_heading_bit:このブール値はヘディング色相ビットの値を示す。このフィールドは算術符号化される。
color_trailing_bit:このブール値はトレーリング色相ビットの値を示す。このフィールドは算術符号化される。
texCoord_bit:このブール値はテクスチャービットの値を示す。このフィールドは算術符号化される。
texCoord_sign_bit:このブール値はテクスチャーサンプルの符号を示す。このフィールドは算術符号化される。
texCoord_trailing_bit:このブール値はトレーリングテクスチャービットの値を示す。このフィールドは算術符号化される。
MOF_start_code:これは同期目的として用いられる長さ32(sc+7)の唯一のコードである。
mofs_id:この8ビット符号なし整数はフォレスト分割成分に対する唯一の識別子である。
pre_smoothing_n:この整数値は事前平滑化フィルター(pre-smoothing filter)の反復回数を示す。
pre_smoothing_lambda:この不動小数点値は事前平滑化フィルター(pre-smoothing filter)の最初の媒介変数である。
post_smoothing:このブール値は現在のフォレスト分割動作が量子化加工物を除去するための事後平滑化段階(post-smoothing step)を使用するか否かを示す。
post_smoothing_n:この整数値は事後平滑化フィルターの反復回数を示す。
post_smoothing_mu:この不動小数点値は事後平滑化フィルターの二番目の媒介変数である。
sharp_edges:このブール値は平滑化不連続エッジ(smoothing discontinuity edges)を示すデータがビットストリームに含まれたか否かを示す。もし、sharp_edges=0ならば、如何なるエッジも平滑化不連続エッジとして示されていない。もし、平滑化不連続エッジが示されていれば、事前平滑化フィルター及び事後平滑化フィルターはこれを考慮する。
edge_mark:このブール値は対応するエッジが平滑化不連続エッジで表されているか否かを示す。
tree_edge:このブール値はエッジが今まで作られたフォレストに追加されるべきか否かを示す。
other_update:このブール値は頂点座標に対する更新とフォレストの如何なるツリーにも付随されないフェースに関連した特性がビットストリームに従うか否かを示す。
第2、データの一部のみで復元でき、既に復元された部分に対する三角形ないしは多角形を処理してディスプレー上に示しうる。
Claims (31)
- 3次元三角形メッシュを漸進復元できるように符号化する方法において、
(a) モデルに対する3次元三角形メッシュを1つ以上の連結成分に分類する段階と、
(b) 前記1つ以上の連結成分に対して各々頂点グラフ情報及び三角形グラフ情報を生成する段階と、
(c) 各連結成分に対してその連結成分を構成する前記頂点グラフ情報及び前記三角形グラフ情報を複数個のデータパーティションに分割して符号化する段階と、
(d) 前記データパーティション別に各データパーティションを構成する各三角形に対して頂点の位置に関する幾何情報及び色相、法線、テクスチャー座標情報を含む画像情報を符号化する段階とを含むことを特徴とする3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記(c)段階は、
前記モデルに属する頂点グラフ情報を全て集めて所定の大きさのデータパーティションに分割して符号化し、モデルに属する三角形グラフ情報を全て集めて所定の大きさのデータパーティションに分割して符号化する段階であることを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記(c)段階は、
各連結成分別にその連結成分を構成する前記頂点グラフ情報を1つのデータパーティションに符号化し、前記三角形グラフ情報を所定の大きさのデータパーティションに分割して符号化する段階であることを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記(c)段階は、
1つ以上の頂点グラフ情報及び三角形グラフ情報が順次に含まれた第1パーティション型と、一つの頂点グラフ情報のみが含まれた第2パーティション型と、他のパーティション型に含まれた三角形グラフ情報とも関連した頂点グラフ情報及びその頂点グラフ情報と対応する一部の三角形グラフ情報が含まれた第3パーティション型と、三角形グラフ情報のみが含まれた第4パーティション型のうち1つの型により各連結成分を構成する前記頂点グラフ情報と前記三角形グラフ情報のうち少なくとも1つを分割して符号化し、使用したパーティション型情報を符号化する段階であることを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記(c)段階は、
分岐する三角形に連結された2本のブランチのうち三角形が少ないブランチを先に符号化し、その符号化方向を示すオリエンテーション情報を符号化することを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記オリエンテーション情報は、
三角形グラフ情報を含むデータパーティション毎に与えられることを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記オリエンテーション情報は、
三角形グラフ情報を構成する対応する三角形ツリー情報に配置することを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記オリエンテーション情報は、
三角形グラフ情報を構成する対応する三角形データに配置することを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記(c)段階において、
前記三角形グラフ情報をデータパーティションに分割して符号化する際、分岐する三角形が存在する場合、分岐する三角形に連結された2本のブランチのうち少なくとも片方のブランチの三角形情報が全て含まれた位置で分割することを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記(c)段階において、前記三角形グラフ情報をデータパーティションに分割して符号化する際、分岐する三角形が存在する場合、分岐する三角形のY−頂点に対した情報を三角形グラフ情報のヘッダ情報に含めて符号化することを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。
- 前記Y−頂点に対した情報は、
Y−頂点に対したバウンディングループインデックスであることを特徴とする請求項10に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記3次元三角形メッシュが多角形メッシュ情報から三角形に再構成されて多角形エッジ情報を含んでいる際、
前記(c)段階で多角形メッシュの実際エッジでのみ分割して三角形グラフ情報のデータパーティションに含まれた最初の三角形の多角形エッジ情報は符号化しないことを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記3次元三角形メッシュが多角形メッシュ情報から三角形に再構成されて多角形エッジ情報を含んでいる際、
前記(c)段階で多角形メッシュの実際エッジ及び仮想エッジの分割を全て許容し、三角形グラフ情報の最初のデータパーティションに含まれた最初の三角形の多角形エッジ情報は符号化しないことを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記(c)段階において、
前記三角形グラフ情報をデータパーティションに分割して符号化する際、三角形ストリップにおいて右側境界の開始点と左側境界の開始点に対したバウンディングループインデックス対を三角形グラフ情報のヘッダ情報に含めて符号化することを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記バウンディングループインデックス対に用いられるインデックスは前記モデルに属する連結成分別に独立された一連の番号のうち1つであることを特徴とする請求項14に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。
- 前記バウンディングループインデックス対に用いられるインデックスは前記モデル全体に亙った一連の番号のうち1つであることを特徴とする請求項14に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。
- 前記(d)段階において、
前記データパーティションの境界に属する幾何情報を処理順が早いデータパーティションでのみ符号化することを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記(d)段階において、
前記データパーティションの境界に属する幾何情報を処理順が早いデータパーティションと処理順が後のデータパーティションで全て符号化することを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記(d)段階において、
前記データパーティションの境界に属する幾何情報を処理順が早いデータパーティションで符号化し、境界に属する幾何情報のうち処理順が後のデータパーティションの幾何情報と所定数より多く連結されたもののみを処理順が後のデータパーティションで符号化することを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記(d)段階において、
前記データパーティションの境界に属する幾何情報のうちサンプリングした半分は処理順が早いつデータパーティションで符号化し、残り半分は処理順が後のデータパーティションで符号化することを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記(d)段階において、
前記データパーティションの境界に属する幾何情報を処理順が早いデータパーティションでのみ符号化する第1幾何情報符号化方式と、処理順が早いデータパーティションと処理順が後のデータパーティションで全て符号化する第2幾何情報符号化方式のうち1つをデータパーティションのヘッダ情報に基づいて選択して符号化し、その選択情報を符号化することを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記(d)段階において、
1つのデータパーティションに属するマーチビット毎に前記幾何情報及び前記画像情報を符号化することを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記(d)段階において、
1つのデータパーティションに属する三角形グラフ情報、幾何情報及び画像情報を各々別に集めて1つのパーティションを構成して符号化することを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記(d)段階において、
1つのデータパーティションに属する三角形グラフ情報、幾何情報及び画像情報を各々別に集めて別のパーティションを構成して符号化することを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - 前記データパーティションは前記データパーティションの識別子及び前記データパーティションの内部に含まれた三角形の個数を示す三角形の個数情報を含むことを特徴とする請求項1に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。
- 前記識別子は、
前記三角形グラフ情報をデータパーティションに分割して符号化する際、三角形ストリップにおいて右側境界の開始点と左側境界の開始点に対したバウンディングループインデックス対であることを特徴とする請求項25に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な符号化方法。 - モデルに対する3次元三角形メッシュを1つ以上の連結成分に分類し、前記1つ以上の連結成分に対して各々頂点グラフ情報及び三角形グラフ情報を生成し、各連結成分に対してその連結成分を構成する前記頂点グラフ情報及び前記三角形グラフ情報を複数個のデータパーティションに分割して符号化し、前記データパーティション別に各データパーティションを構成する各三角形に対して頂点の位置に関する幾何情報及び色相、法線、テクスチャー座標情報を含む画像情報を符号化する漸進的な符号化方法により符号化したビットストリームを入力して復号化する方法において、
(a) 入力されたビットストリームを、含まれるヘッダ情報に基づいてデータパーティション単位に区分する段階と、
(b) 前記データパーティションのパーティション型を前記ヘッダ情報に基づいて、1つ以上の頂点グラフ情報及び三角形グラフ情報が順次に含まれた第1パーティション型と、一つの頂点グラフ情報のみが含まれた第2パーティション型と、他のパーティション型に含まれた三角形グラフ情報とも関連された頂点グラフ情報及びその頂点グラフ情報と対応する一部の三角形グラフ情報が含まれた第3パーティション型と、三角形グラフ情報のみが含まれた第4パーティション型のいずれであるかを確認する段階と、
(c) 前記データパーティションに頂点グラフ情報が含まれていると、前記頂点グラフ情報を復号化してバウンディングループを生成する段階と、
(d) 前記データパーティションに三角形グラフ情報が含まれていると、前記三角形グラフ情報を復号化して3次元メッシュを生成する段階と、
(e) 前記(a)段階乃至前記(d)段階を繰返すことによって漸進的に3次元メッシュを生成する段階とを含むことを特徴とする3次元メッシュ情報の漸進的な復号化方法。 - 前記三角形グラフ情報を含むデータパーティションにはオリエンテーション情報が与えられ、
前記オリエンテーション情報により復号化方向を決定することを特徴とする請求項27に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な復号化方法。 - 三角形グラフ情報を構成する三角形ツリー情報にはオリエンテーション情報が与えられ、
前記オリエンテーション情報により復号化方向を決定することを特徴とする請求項27に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な復号化方法。 - 三角形グラフ情報を構成する三角形データ情報にはオリエンテーション情報が与えられ、
前記オリエンテーション情報により復号化方向を決定することを特徴とする請求項29に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な復号化方法。 - 前記三角形グラフ情報のヘッダに分岐する三角形のY−頂点に対した情報が与えられ、
分岐する三角形を復号化する場合、前記Y−頂点に対した情報を用いて復号化することを特徴とする請求項27に記載の3次元メッシュ情報の漸進的な復号化方法。
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