У сучасних системах комп’ютерної графіки, тривимірного моделювання та підготовки цифрових ресурсів важливою є проблема якості топологічної сітки 3D-моделей. На практиці моделі, отримані в процесі моделювання, сканування або імпорту з інших програмних середовищ, нерідко мають нерівномірну щільність полігонів, надлишкову деталізацію, локальні геометричні дефекти. Це ускладнює їх використання під час візуалізації, оптимізації, експорту в інші програмні системи та підготовки до наступних етапів геометричної обробки. У зв’язку з цим актуальним є створення програмного забезпечення, орієнтованого на автоматизовану перебудову топологічної сітки тривимірної моделі з можливістю візуального контролю результату.

У роботі розробляється настільний застосунок, призначений для імпорту, перегляду, аналізу та автоматизованої перебудови топологічної сітки 3D-моделей. Програмний засіб реалізується мовою C++ із використанням фреймворку Qt для побудови графічного інтерфейсу користувача та OpenGL для інтерактивної візуалізації моделі.

Практична цінність розробки полягає у створенні єдиного програмного середовища, у межах якого користувач може виконати повний цикл роботи з топологічною сіткою: завантажити модель, переглянути її, обрати метод обробки, налаштувати параметри, виконати перебудову сітки та зберегти результат. Такий підхід дає змогу скоротити кількість ручних операцій, спростити підготовку моделей до подальшого використання. Для користувача важливим є те, що обробка виконується без необхідності взаємодії зі складними низькорівневими інструментами, а основні дії зосереджені в одному інтерфейсі.

Архітектура застосунку побудована за модульним принципом. Виділено підсистему графічного інтерфейсу, підсистему OpenGL-візуалізації, модуль внутрішнього представлення геометрії, а також набір стратегій, що реалізують різні алгоритми перебудови топологічної сітки. Для реалізації алгоритмів використовується спільний інтерфейс, який визначає єдиний формат запуску обробки, тоді як конкретні класи інкапсулюють власну логіку перетворення сітки. Такий підхід забезпечує розширюваність системи та створює основу для підключення нових методів у майбутньому без суттєвої зміни загальної структури програми.

Реалізовано три основні режими перебудови топологічної сітки: Decimate, Subdivide та Isotropic Remesh. У головному вікні користувач може обрати потрібний алгоритм, після чого у правій панелі відображаються параметри, пов’язані саме з обраним методом. Після запуску обробки виконується підготовка геометрії, передача параметрів до відповідної стратегії, застосування алгоритму та оновлення моделі у вікні візуалізації. Така організація інтерфейсу спрощує роботу із застосунком та робить вибір режиму обробки більш наочним.

На рисунку 1 наведено порівняння результатів застосування різних алгоритмів до однієї й тієї самої 3D-моделі. Ізотропна перебудова топологічної сітки забезпечує більш рівномірний розподіл трикутників і робить структуру сітки одноріднішою. Алгоритм Subdivision збільшує кількість полігонів, ущільнюючи сітку та підвищуючи рівень локальної деталізації. Decimation призначений для зменшення кількості полігонів із максимально можливим збереженням загальної форми об’єкта, що є корисним для оптимізації моделі. У практичному використанні ці алгоритми можуть застосовуватися не лише окремо, а й послідовно, тобто комбінуватися залежно від поставленого завдання, наприклад для попередньої оптимізації моделі, подальшого вирівнювання структури сітки або підготовки геометрії до наступних етапів обробки.

Завантаження моделі виконується з файлу. У процесі імпорту геометричні дані зчитуються, формується набір вершин, нормалей та індексів полігонів, після чого модель перетворюється у внутрішню структуру, придатну для подальших алгоритмічних операцій. Користувач має змогу обертати модель та змінювати масштаб камери, що дозволяє візуально оцінити як початковий стан сітки, так і результат її обробки. Додатково передбачено каркасний режим, у якому особливо зручно аналізувати структуру трикутників після перебудови.

Важливою частиною роботи застосунку є попередня підготовка геометрії перед запуском алгоритмів. Для підвищення стабільності обробки сітка проходить етап очищення, який включає видалення ізольованих вершин, усунення вироджених граней, триангуляцію полігонів та спробу зшивання меж. Така підготовка є необхідною, оскільки коректність вхідної геометрії безпосередньо впливає на якість результату та стійкість алгоритмів перебудови топологічної сітки. Після завершення операцій обробки модель повторно перетворюється у буфер для візуалізації, а нормалі, за потреби, перераховуються.

Таким чином, розроблюване програмне забезпечення є прикладним інструментом для автоматизованої перебудови топологічної сітки тривимірної моделі, що поєднує функції імпорту, візуалізації, алгоритмічної обробки та збереження результату.