Mesh simplification is the process of reducing the number of vertices, edges and triangles in a three-dimensional (3D) mesh while preserving the overall shape and salient features of the mesh. A popular strategy for this is edge collapse, where an edge connecting two vertices is merged into a single vertex. The edge to collapse is chosen based on a cost function that estimates the error introduced by this collapse. This paper presents a comprehensive, implementation-oriented guide to edge collapse for practitioners and researchers seeking both theoretical grounding and practical insight. We review and derive the underlying mathematics and provide reference implementations for foundational cost functions including Quadric Error Metrics (QEM) and Lindstrom-Turk's geometric criteria. We also explain the mathematics behind attribute-aware edge collapse in QEM variants and Hoppe's energy-based method used in progressive meshes. In addition to cost functions, we outline the complete edge collapse algorithm, including the specific sequence of operations and the data structures that are commonly used. To create a robust system, we also cover the necessary programmatic safeguards that prevent issues like mesh degeneracies, inverted normals, and improper handling of boundary conditions. The goal of this work is not only to consolidate established methods but also to bridge the gap between theory and practice, offering a clear, step-by-step guide for implementing mesh simplification pipelines based on edge collapse.


翻译:网格简化是在保持三维(3D)网格整体形状和显著特征的同时,减少网格中顶点、边和三角形数量的过程。一种常用策略是边折叠,即将连接两个顶点的边合并为单个顶点。需要折叠的边根据一个估计此次折叠所引入误差的成本函数来选择。本文为寻求理论基础与实践见解的从业者和研究人员,提供了一份全面的、面向实现的边折叠指南。我们回顾并推导了其底层数学原理,并为包括二次误差度量(QEM)和Lindstrom-Turk几何准则在内的基础成本函数提供了参考实现。我们还解释了QEM变体中属性感知边折叠以及渐进网格中使用的Hoppe基于能量的方法背后的数学原理。除了成本函数,我们还概述了完整的边折叠算法,包括具体的操作序列和常用的数据结构。为了构建一个鲁棒的系统,我们还涵盖了必要的程序性防护措施,以防止诸如网格退化、法线翻转以及对边界条件处理不当等问题。本工作的目标不仅是整合现有方法,更是为了弥合理论与实践之间的差距,为基于边折叠实现网格简化流程提供一份清晰的、循序渐进的指南。

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