模型分割在基于內(nèi)容的三維模型檢索中的應(yīng)用.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論的日漸完善,三維模型已經(jīng)逐漸成為繼聲音、圖像和視頻之后的第四種多媒體數(shù)據(jù)類型。其數(shù)量更是呈現(xiàn)爆炸性的增長(zhǎng),由于進(jìn)行高逼真度的三維建模非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力,如果能充分復(fù)用已有的三維模型數(shù)據(jù)資源,就可以大大減輕設(shè)計(jì)新模型的工作量。這就需要提出有效的方法,對(duì)三維模型進(jìn)行分類和檢索。三維模型檢索分為基于文本的檢索和基于內(nèi)容的檢索?；谖谋镜臋z索技術(shù)非常成熟,應(yīng)用也很廣泛,但是它需要花費(fèi)大量的人力物力,

2、而且?guī)в腥说闹饔^因素,使檢索容易失敗,因此它并不適合于三維模型的檢索。基于內(nèi)容的三維模型檢索首先從模型數(shù)據(jù)中自動(dòng)計(jì)算并提取三維模型的特征,建立三維模型的多維信息索引,然后在多維特征空間中計(jì)算待查詢模型與目標(biāo)模型之間的相似程度,實(shí)現(xiàn)對(duì)三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)的瀏覽和檢索。由于基于內(nèi)容的檢索技術(shù)人工的干預(yù)比較少,三維模型檢索技術(shù)的研究工作主要集中在基于內(nèi)容的檢索技術(shù)上。三維模型檢索的一般過(guò)程：計(jì)算出檢索目標(biāo)的形狀特征,然后與特征庫(kù)中所有模型的特征進(jìn)行

3、比較,得到特征最接近的若干個(gè)三維模型。使形狀特征能反映人類視知覺(jué)的一些特點(diǎn),是解決三維模型檢索中形狀特征描述問(wèn)題的新思路。近年來(lái),部分研究者主張以認(rèn)知心理學(xué)中的成分識(shí)別理論為基礎(chǔ),采用分割算法將模型分為若干個(gè)有意義的組成部分,然后分析各部分之間的關(guān)系,從而得到三維模型的特征描述,據(jù)此來(lái)度量三維模型的相似性。本文介紹了三維模型檢索技術(shù)的研究現(xiàn)狀并討論其應(yīng)用前景,探討和分析了三維模型檢索系統(tǒng)研究的意義和檢索性能的評(píng)價(jià),并對(duì)三維模型特征提取方

4、法和三維模型相似性匹配方法進(jìn)行總結(jié),簡(jiǎn)要介紹本論文研究的主要內(nèi)容、目的和意義,同時(shí)闡明了對(duì)模型進(jìn)行規(guī)范化預(yù)處理的必要性,并詳細(xì)描述了預(yù)處理的步驟：平移歸一化,縮放歸一化和旋轉(zhuǎn)歸一化,本文采用主成份分析(principal component analysis,PCA)方法確定三維模型的主軸來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)歸一化。本文在對(duì)以往的三維模型檢索技術(shù)做了綜合概述之后,提出了一個(gè)理念,并通過(guò)三種方法實(shí)現(xiàn)這個(gè)理念,一個(gè)理念即模型分割應(yīng)用于基于內(nèi)容的三維模

5、型檢索技術(shù)當(dāng)中的理念,三種方法即基于分割投影的三維模型檢索方法、基于包圍盒分割的三維模型檢索方法、基于同心球面分割的三維模型檢索方法?；诜指钔队暗娜S模型檢索方法：以模型質(zhì)心為原點(diǎn),以系統(tǒng)坐標(biāo)軸形成的面為切面,將三維模型分割成8個(gè)模型部件,將每個(gè)三維模型部件投影到二維平面上,得到各個(gè)方向上的2D投影點(diǎn)集,再將2D投影點(diǎn)集用扇形切分方式進(jìn)行切分,最后以各個(gè)扇形區(qū)域中2D投影點(diǎn)與投影點(diǎn)集中心的最大距離為特征進(jìn)行提取,通過(guò)比較2D投影點(diǎn)集的

6、相似性進(jìn)而比較三維模型的相似性,對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明該方法具有；基于包圍盒分割的三維模型檢索方法：以坐標(biāo)軸形成的面為切面對(duì)三維模型進(jìn)行切割,三個(gè)坐標(biāo)軸面可以將一個(gè)三維模型切割成6個(gè)模型部件,設(shè)計(jì)長(zhǎng)方體包圍盒,把每個(gè)模型部件裝入包圍盒內(nèi),再將包圍盒分割成若干個(gè)區(qū)域,以每個(gè)區(qū)域中模型表面點(diǎn)集中離分割面最遠(yuǎn)的點(diǎn)作為該區(qū)域的第一特征向量,每個(gè)區(qū)域的模型表面點(diǎn)集中離切割面最近的點(diǎn)作為該區(qū)域的第二特征向量,最近點(diǎn)和最遠(yuǎn)點(diǎn)的比值作為該區(qū)域特征向量的權(quán)重,最后

7、根據(jù)每個(gè)區(qū)域的特征向量得到最終的三維模型相似性距離；基于同心球面分割的三維模型檢索方法：以三維模型的質(zhì)心為同心球的圓心,三維模型最遠(yuǎn)點(diǎn)的向量為同心球最大半徑,將最大半徑分成n等分,形成n個(gè)同心球體,用同心球面對(duì)模型進(jìn)行切割,形成n個(gè)模型部件落入n個(gè)同心球球環(huán)區(qū)域,在每個(gè)同心球球環(huán)區(qū)域中從模型表面點(diǎn)集中選擇離圓心最遠(yuǎn)的點(diǎn)作為該同心球球環(huán)區(qū)域的特征點(diǎn),計(jì)算每個(gè)區(qū)域特征點(diǎn)間的距離來(lái)設(shè)置比較模型的權(quán)重系數(shù),根據(jù)每個(gè)區(qū)域的特征向量得到最終的三維模