基於特征提取的三維模型檢索技術研究
數學媒體及動漫遊戲藝術教育
作者：俞曉妮
摘要總結了現有三維模型檢索技術的研究現狀和發展趨勢，對現有三維模型特征提取技術進行了分析研究，設計了一個三維示例查詢的三維模型檢索係統，對提出的特征提取方法進行了實驗驗證，對三維模型檢索技術進行了一次有益的探索。
關鍵詞三維模型；三維模型檢索；特征提取
中圖分類號TP39 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）107-0109-03
0引言
隨著信息技術的發展，計算機信息檢索的對象己經從文本、聲音、圖像和視頻等多媒體數據類型，擴展到真實豐富的三維模型。三維模型廣泛應用於機械產品設計、建築工業設計、虛擬現實、3D遊戲、影視動畫等領域。對三維模型檢索技術的研究不僅有重要的理論意義和實用價值。
三維模型檢索係統可以分為通用領域和專業領域的三維模型檢索係統。目前己經出現了基於WEB的通用領域的三維模型檢索係統，用戶可以通過網絡使用這些檢索係統來檢索自己需要的模型，但檢索還有一定的局限性。近年來專業領域的三維模型檢索係統得到了廣泛的應用，比如生物分子、機械零件、地形匹配等。這些檢索與通用領域的三維模型檢索係統具有較大的相似性，但也具有自身的特點。通常而言，專業領域的三維模型檢索係統可以利用專業領域模型的特點、需求等信息，快速地檢索出所需模型。具有如下特點：1）專業領域信息強。在各自的領域可能需求的精確性不高，這樣可以縮短檢索的時間；2）模型結構複雜度較低，也比較有規則，如機械零件模型、工程動畫中的常見模型等，這樣在特征提取方麵較容易實現。
1三維模型檢索簡介
近些年來，針對文本信息的檢索技術日臻完善，針對二維圖像以及影視資料的檢索技術迅速投入應用，Google和百度等著名搜索引擎的出現已經改變了人們查找信息的固有方式。相比文字和二維影像的檢索，對於三維模型的檢索更具有其複雜性和特殊性。盡管也有數量不多的機構提供模型檢索服務，然而無論是從檢索的效率還是結果的準確性等因素上來考慮，現有的模型檢索技術距離高質量的商用水平仍有很大的提升空間。廣闊的應用前景吸引了世界各地的研究人員投入大量的時間和精力從事模型檢索相關領域的研究和推廣，並逐漸形成了相對統一的三維模型檢索的係統架構。
一個完整的三維模型搜索引擎通常包括離線和在線兩個並行的部分，分為數據獲取、數據分析與檢索匹配三大模塊。
離線部分由數據的獲取和數據的分析組成，具體的流程包括：
1）通過“網絡爬行器”等途徑獲取三維模型；
2）提取三維模型的特征；
3）根據特征建立索引等。
在線部分即檢索匹配，具體的流程包括：
1）用戶通過交互界麵選擇查詢方式提交查詢；
2）根據查詢方式進入相應的特征提取模塊提取相應的特征；
3）進入匹配模塊和索引模塊，返回特征最相近的結果。
這三個功能模塊都在模型檢索係統中發揮著重要作用，算法設計的優劣關乎係統整體的檢索性能、精確度和有效性。作為檢索三維模型文件的界麵要能夠易於普通用戶快速地學習和使用，使得用戶在短暫的時間內能夠充分表達清楚自己的檢索訴求。檢索係統在獲得用戶提供的特征描述後，要能迅速從中提取有效信息並與數據庫中現存的特征進行比對。
模型檢索係統應該對相關的模型提取出相近的特征描述，同時能夠有效地區分不相關的模型。在交互係統中，特征提取和匹配的計算過程應在較短的時間內完成，不應使用戶感到明顯的延遲。尋求更高效準確的特征描述和匹配算法一直是科研人員不斷追求的目標和研究的重點。隨著三維模型文件數量的急劇擴張，從超大容量的數據庫中快速地提取出查詢結果也已成為模型檢索中函待解決的問題。因此如何建立高效的索引結構以滿足用戶對檢索效率日益提高的需求也逐漸引起了學術界與產業界的高度重視。
三維模型檢索係統研究盡管取得了一定的進展，但還處於初期階段，很多技術穩定性還不夠，三維模型檢索技術還有待於進一步的研究。三維模型檢索係統發展趨勢主要集中在以下幾個方麵：
1）現有檢索技術一般針對整體特征進行檢索，未來的檢索技術應該具備整體和局部檢索的功能，不僅能從同類物體中檢索對象，還要能從異類物體中檢索對象；不僅能從幾何特征檢索，還可根據物體的顏色，材質，粗糙度等屬性進行檢索；