Konwersja modeli wokselowych na siatki poligonowe z zachowaniem integralności strukturalnej i możliwości edycji

Reprezentacja woksalowa jest jednym z naturalnych sposobów opisywania obiektów trójwymiarowych jako zbioru sześciennych elementów o określonych współrzędnych. Znajduje szerokie zastosowanie w wizualizacji medycznej, geologii, symulacjach komputerowych oraz grach. Jednocześnie większość nowoczesnych edytorów i silników 3D opiera się na modelach wielokątnych, co rodzi zapotrzebowanie na narzędzia umożliwiające konwersję scen woksalowych na siatki wielokątne. Celem niniejszej pracy jest opracowanie wydajnego algorytmicznego podejścia do konwersji modeli 3D opartych na wokselach na siatki wielokątne, z uwzględnieniem położenia, obrotu i skalowania, przy jednoczesnym zachowaniu integralności modelu, zminimalizowaniu liczby wielokątów oraz umożliwieniu eksportu do formatu *.obj. Proponowany algorytm został zaimplementowany w narzędziu programowym VoxToObjConverter, opracowanym w języku C# z wykorzystaniem biblioteki geometry3Sharp. Algorytm składa się z kilku kolejnych etapów. Najpierw odczytywane są dane z plików wejściowych *.vox. Następnie przeprowadzana jest optymalizacja struktury wokseli poprzez wyodrębnienie wyłącznie elementów powierzchniowych i zgrupowanie ich za pomocą algorytmu Flood Fill, co pomaga wyeliminować zbędne elementy i szum. W kolejnym etapie generowana jest siatka wielokątna poprzez przekształcenie wokseli w trójkątne wielokąty przy użyciu metody Face Culling, która gwarantuje, że powierzchnie są dodawane wyłącznie w przypadku braku sąsiednich wokseli, co znacznie zmniejsza liczbę wielokątów. Wstępnie wygenerowana siatka trójkątna może opcjonalnie zostać przekształcona w topologię czworokątną podczas eksportu, co zapewnia lepszą edytowalność i przydatność w procesach modelowania opartych na podziale siatki. Następnie do siatki stosowane są transformacje globalne (przesunięcie, obrót, skalowanie), a powstałe części modelu są łączone w jednolitą strukturę. Na koniec model jest eksportowany do formatu *.obj, co zapewnia kompatybilność z większością nowoczesnych edytorów i silników 3D. Testy przeprowadzone na różnych modelach woksalowych potwierdziły dokładność konwersji, spójność geometryczną oraz wydajność konwertera. Opracowany algorytm i oprogramowanie zapewniają kompletny proces konwersji modeli woksalowych na siatki i mają praktyczne znaczenie w zakresie wizualizacji, tworzenia gier oraz modelowania 3D, gdzie wymagana jest szybka i precyzyjna konwersja danych woksalowych na gotowe do renderowania modele wielokątne.