三維模型檢索中若干特征提取方法的研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著三維模型獲取技術(shù)、三維圖形建模方法以及計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展，三維模型的應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛。三維模型不僅在數(shù)量上迅速增長(zhǎng)，而且形成了諸多越來(lái)越龐大的三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)。由于構(gòu)建一個(gè)新的三維模型十分費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因此對(duì)已有的三維模型進(jìn)行復(fù)用就變得越來(lái)越重要。為了充分利用已有的模型資源，研究和開(kāi)發(fā)三維模型搜索引擎幫助用戶(hù)快速、準(zhǔn)確地從模型數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索出自己所需的三維模型，是一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。 一個(gè)完整的三維模型檢索系統(tǒng)通常包括特征

2、提取、相似性匹配、索引結(jié)構(gòu)、查詢(xún)接口等幾方面。其中，模型的特征提取對(duì)模型的相似性判斷至關(guān)重要，因此三維模型形狀特征提取是三維模型檢索研究中的一個(gè)需要首要解決的基本問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)，它也是本文研究的重點(diǎn)。 本文主要是對(duì)三維模型形狀特征提取方法的研究和實(shí)現(xiàn)，創(chuàng)新之處在于提出并實(shí)現(xiàn)了三種形狀特征提取方法： 一、提出了一種基于2D投影點(diǎn)集的三維模型幾何相似性比較，方法區(qū)別于Min的基于2D輪廓圖的比較、Loffer等人利用2D圖像

3、檢索技術(shù)的特征提取方法，同樣是先將三維模型投影到2D平面，本文是通過(guò)比較2D投影點(diǎn)集的統(tǒng)計(jì)特征來(lái)比較三維模型的幾何相似性，這種方法與前幾種方法相比具有較低的復(fù)雜度，是本文的創(chuàng)新點(diǎn)之一。 二、利用多特征加權(quán)的相似性距離對(duì)三維模型的相似性進(jìn)行了比較，結(jié)合了兩種特征，分別是：前種方法提取的2D投影點(diǎn)集的邊界特征，三維模型三角網(wǎng)格的頂點(diǎn)密度。這種2D邊界特征與3D頂點(diǎn)密度特征加權(quán)的相似性比較，是本文的創(chuàng)新點(diǎn)之二。 三、引入離散點(diǎn)

4、的曲率，提取2D投影點(diǎn)集的邊界輪廓，將輪廓上各點(diǎn)的曲率與各點(diǎn)和投影中心的距離的乘積作為2D投影點(diǎn)集的特征，是本文的創(chuàng)新點(diǎn)之三。 本文的組織結(jié)構(gòu)如下： 第一章首先介紹了三維模型的應(yīng)用前景及三維模型檢索系統(tǒng)研究的意義，又介紹了三維模型檢索技術(shù)以及基于形狀特征的三維模型檢索，接著回顧了現(xiàn)有的三維模型檢索技術(shù)，對(duì)形狀特征提取、相似度匹配等方面成果進(jìn)行了總結(jié)，并介紹了現(xiàn)有的幾種典型的三維模型檢索系統(tǒng)，以及三維模型檢索系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)

5、方法。 第二章介紹了對(duì)三維模型規(guī)范化預(yù)處理的必要性，并對(duì)本文中三維模型規(guī)范化預(yù)處理的方法，從平移變換、旋轉(zhuǎn)變換、縮放變換三個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)介紹。 第三章提出了一種基于2D投影點(diǎn)集的三維模型幾何相似性比較方法。該方法的思想是如果兩個(gè)模型是相似的，那么從任意一個(gè)角度看它們都應(yīng)該相似的?；谶@一點(diǎn)，我們先將三維模型投影到二維平面，得到各個(gè)方向上的2D投影點(diǎn)集，再對(duì)2D投影點(diǎn)集的特征進(jìn)行提取，通過(guò)比較2D投影點(diǎn)集的相似性進(jìn)而比較

6、三維模型的相似性。這里所說(shuō)的2D投影點(diǎn)集的特征，是指將2D投影點(diǎn)集用扇形切分方式進(jìn)行切分后，各個(gè)扇形區(qū)域中2D投影點(diǎn)與投影點(diǎn)集中心的最大距離。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法對(duì)模型的粗分類(lèi)效果較好。 第四章針對(duì)前種方法只是對(duì)2D投影點(diǎn)集的邊界特征進(jìn)行了比較，只適合于粗分類(lèi)的不足之處，利用多特征加權(quán)的相似性距離對(duì)三維模型的相似性進(jìn)行了比較。在對(duì)三維模型的2D投影點(diǎn)集的邊界特征進(jìn)行相似性比較之后，再比較3D模型的頂點(diǎn)密度特征，將兩種描述符的相似

7、性距離進(jìn)行加權(quán)，得到最終的三維模型相似性距離。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種2D邊界特征與3D頂點(diǎn)密度特征加權(quán)的相似性比較，能提高檢索的準(zhǔn)確性。 第五章引入了曲率的概念，對(duì)離散點(diǎn)的曲率計(jì)算做了詳細(xì)介紹。該方法也是將三維模型投影到二維平面，得到各個(gè)方向上的2D投影點(diǎn)集。提取出2D投影點(diǎn)集的邊界輪廓后，求出輪廓上各投影點(diǎn)的曲率，將各點(diǎn)和投影中心的距離與各點(diǎn)處的曲率的乘積組成該2D投影點(diǎn)集的特征向量。最后通過(guò)比較2D投影點(diǎn)集的相似性來(lái)比較三維模型