正文 基於特征提取的三維模型檢索技術研究(2 / 3)

2)從檢索效果來看,現有技術還不能滿足用戶的需要,開發與三維模型輸入格式無關、與模型局部坐標係無關的檢索技術成為一個重要的研究方向;

3)建立一個合理的、權威的、統一的評價體係;

4)現有檢索界麵不能滿足某些人群的需要,開發適合通用、專業領域的界麵成為一個重要研究方向。

2 三維模型特征提取方法比較

2.1基於輪廓形狀的特征提取

計算並比較三維模型的輪廓特征,從而獲得三維模型的幾何相似性,是基於輪廓形狀的幾何特征提取算法實現的思想。其中,三維模型輪廓特征主要包括了頂點以及網格的分布特征。

Osada提出了通過隨機采樣來獲得三維模型的幾何特征的形狀分布方法。對於從三維模型表麵上隨即采樣到的兩個點,可得到它們之間的歐氏距離(DZ距離),統計通過以上方法而得到的大量的歐氏距離,可獲得三維模型的形狀分布曲線。

形狀分布直方圖算法可以簡要概述為:首先使用幾何函數來計算三維模型頂點的形狀特征,從而獲得形狀特征分布直方圖,然後比較直方圖的相似距離以獲得三維模型的幾何相似性。

2.2基於拓撲形狀的特征提取

通過比較三維模型的拓撲結構來獲得三維模型相似性,這是基於拓撲形狀的三維模型相似性比較算法的核心思想。其中,最常使用的拓撲結構信息包括三維模型的分支與連通性等。模型的Reeb圖是從連通區域的角度來計算三維模型的拓撲結構。在該方法中首先將三維模型投影到二值圖像,從而作出二值圖像的Reeb圖,然後計算Reeb圖的基本元素,包括圓環的個數Nuln(R)、向上分支個數Num口B)、向下分支個數Num側B)、每個分支的枝權數量Sum。最後,根據Reeb圖的這些基本元素,計算出Reeb圖的特征,

采用基於多分辨率Reeb圖的骨架提取方法,不僅可以描述三維模型的特征,同時還具備了描述模型的空間拓撲關係的能力。對於局部匹配乃至全局匹配該方法都是較為適用的。

在描述三維模型拓撲結構的方法中,除了Reeb圖以外,還有中軸線方法。從三維模型骨架的角度來計算三維模型的拓撲結構是中軸線方法的思路。

2.3基於視覺形狀的特征提取

在基於視覺的三維模型相似性比較算法中,通過比較三維模型在各個方向的視覺圖像的形狀相似性可以獲得三維模型的相似性。

基於視覺相似的特征提取方法的提出是基於這樣一個事實:從任意視角來觀察兩個相似的物體,它們都應該具有相似性。通過比較三維模型在多個方向的視覺圖像的形狀相似性來獲得三維模型的相似性是基於視覺形狀的特征提取方法的基本思想。在該方法中,首先將三維模型投影到二維視圖上,再從不同模型對應的二維視圖提取特征進行相似性匹配計算。在這種算法中,基於二維輪廓圖的比較和基於視覺相似的檢索技術是較為典型的例子。

Lomer在預處理階段,采用以一組二進製表達的二維圖像來對三維模型的特征進行描述的方法,然後在對應的二維圖像之間進行後續的相似性匹配計算,並且應用了圖像檢索中關於特征提取的方法。

在基於透視投影的三維模型幾何相似性比較算法中,先將三維模型用正二十麵體包圍,而後選取若幹個視點對三維模型進行投影,由此可以畫出二值圖像的Reeb圖,再通過計算Reeb圖的特征從而求出投影圖像的拓撲相似距離,最後可得到三維模型的相似距離。

基於3D模型的ZD輪廓圖的比較方法中,從三維模型正視、俯視和側視三個固定方向提取出模型的輪廓圖,首先找到這樣一個圓,該圓恰好包括了輪廓圖,將該圓等分成固定數量的圓環,構成圓環函數,然後對每個圓環進一步分解,使其由一係列三角函數的和構成;根據旋轉不變頻率的振幅,可計算出每個圓環的特征向量,最後,利用所有的圓環特征向量構成模型輪廓圖的二維特征向量。

3三維模型檢索係統的設計與實現

3.1係統硬件和軟件配置

本係統采用了普林斯頓大學的標準三維模型數據庫,特征計算使用了OFF 文件,三維模型的顯示使用了 FLT 文件。

機器配置:2.0 Intel P4、512 RAM、Geforce4 顯卡。

開發工具:Visual studio 2003、Open Scene Graph 2.4。

3.2三維模型數據庫的獲取及文件組織結構

普林斯頓大學的三維形狀檢索和分析研究小組構建了一個三維標準數據庫用於檢索性能測試。這些三維模型被轉化成為統一的文件形式。經過篩選和手工分類,從中選擇出比較有代表性的 1814 個三維模型用於構造標準三維模型數據庫。