Automatic appearance-preserving generation of compact 3D models for the web

The goal of this thesis was to create a fully automatic processing pipeline to simplify big arbitrary triangle meshes to a degree that can be used inside a web page using WebGL. While the mesh complexity is decreased by orders of magnitude, the original meshes details (e.g. colors, normals) are preserved by capturing them in textures. These textures can then be applied to the simplified mesh to give it an appearance that is similar in detail as the original high resolution mesh. The proposed implementation makes it easy to incorporate such a simplified mesh into a website by providing an exporter that generates a web site with all necessary files in suitable file formats. Simplified, detail-preserving 3D models are generated in multiple independent steps: First, the mesh is simplified with the quadric edge collapse algorithm[9]. Then, a texture atlas is created by segmenting the simplified mesh and parameterizing the individual segments with Least Squares Conformal Maps[14]. After packing the individual segments into a texture atlas, the details of the high-resolution input mesh are captured in textures. At the end of this processing pipeline, the model is exported. The results show that the goal of creating file sizes that are small enough for a web page while preserving a reasonable amount of detail was reached. It is shown that the resulting files can compete with the alternative approach of creating interactive 3Dvisualizations with a series of pre-rendered images. The analysis of the results also shows that there is a lot of potential to increase the file size to detail ratio further.

Das Ziel dieser Thesis war, eine automatisierte Verarbeitungspipeline zu entwickeln, um große Dreiecksnetze zu einem Grad zu vereinfachen, dass sie für die Einbindung in eine Webseite geeignet sind. Während die Komplexität des Dreiecksnetzes um Größenordnungen verringert wird, werden Oberflächenattribute wie etwa Farbe oder Oberflächennormalen in Texturen übertragen. Diese Texturen können dann verwendet werden, um das vereinfachte Modell mit einer ähnlichen Detailliertheit wie das Original zu versehen. Die entwickelte Implementierung erleichtert außerdem die Einbindung der produzierten, vereinfachten Modelle, da ein Dateiexporter für Webseiten zur Verfügung gestellt wird, der alle erforderlichen Dateien erstellt. Die detailerhaltenden, vereinfachten Modelle werden in mehreren, unabhängigen Schritten generiert: Als erstes wird das Originalmodell mit dem Quadic Edge Collapse- Algorithmus[9] vereinfacht. Als nächstes wird ein Texture-Atlas erstellt, indem das vereinfachte Modell in Segmente unterteilt wird, die jeweils mit Least Squares Conformal Maps[14] parametrisiert werden. Nach dem einordnen der einzelnen Segmentparametrisierung in eine Textur werden die Oberflächendetails des hochauflösenden Modells in Texturen transferiert. Am Ende der Verarbeitungspipeline kann das Modell als Webseite exportiert werden. Messungen zeigen, dass das Ziel erreicht wurde, Dateigrößen zu produzieren, die klein genug für Webanwendungen sind. Es zeigt sich auch, dass das Verfahren konkurrenzfähig ist mit dem alternativen Ansatz, interaktive 3D-Visualisierungen mit einer Serie von vorberechneten Bildern zu erreichen. Die Analyse zeigt auch, dass das Verhältnis von Dateigröße zu Detailgrad noch erheblich verbessert werden kann.