[发明专利]基于形状朝向多分辨率分析的三维模型检索方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维模型检索方法。

背景技术

在过去的二十多年来，随着计算机的普及、硬件性能的提升、多媒体录制和拍摄设备的广泛应用，多媒体信息已经在各个领域迅速发展，让整个世界变得非常丰富和多彩。多媒体信息主要包括声音、图像、视频、三维模型。目前互联网上、个人和工业用户硬盘上已经充斥了海量的多媒体信息，造成了信息在各个媒介爆炸增长。如何帮助用户在海量内容中找到所需要的多媒体信息，成为多媒体匹配与检索技术的研究对象。每一件多媒体作品的设计和制作都需要很大努力和很长时间，设计人员可以通过多媒体检索与信息重用获取相似信息，并稍加修改制作新的数据，以此提高工作效率；机器人视觉通过多媒体匹配在机器人存储体中检索物体图像等识别物体；防范、验证、侦破等领域利用多媒体匹配技术来查询指纹库、二维/三维人脸库、三维头颅库等匹配相关信息；工业现场可以根据图像匹配自动判定控制信息、故障类型等；交通领域通过车牌识别等进行自动违章记录、高速路口收费等。然而多媒体内容的匹配与检索没有文本内容匹配与检索那样简单，从一篇文字中提取关键文字信息，和从一幅图像等多媒体中提取能代表该图像的描述信息相比，后者只有具有高级思维的人类才可以完全实现。通过计算机提取多媒体的特征是一件极为复杂的工作，是多媒体匹配与检索的核心技术。

三维数字模型是一种比二维图像内容更为丰富真实、更加符合人类视觉特性、更能清楚地表达一个现实三维物体的多媒体数据类型，它的基础数据是三维数字形状，由形状来实现三维数字模型。近些年来，新型的三维形状获取设备不断更新、三维形状建模研究的进展和MAYA、3DMAX、Pro/E、CATIA等三维建模工具的大力推广使得三维形状的设计变得越来越简单，三维模型已经在多媒体领域、虚拟现实、工业设计和制造CAD/CAM、MRI医学三维图像、生物分子与基因结构、游戏、动画角色、人机交互等方面广泛应用。这些广泛应用使得每天有数以兆计的三维模型产生，同时在互联网技术作用下使迅速传播，存在着对三维模型进行匹配与检索的迫切需求。而且，三维模型匹配与检索技术可以应用在三维模型重用中，由于三维模型需要大量的建模工作，它可以帮助设计人员迅速找到相似模型并在现有模型基础上构造新的模型，节约建模时间。另外，还可以应用在多媒体信息检索、CAD模型匹配、机器人三维视觉、生物分子与医学器官模型匹配、机械模型设计支援、三维对象识别与验证、虚拟现实场景物体匹配、动画与游戏角色设计支援、月球与深空对象探测、故障诊断等领域。对基于内容的三维形状匹配与检索技术进行研究已变得非常重要。

目前，实现高效快速的基于内容的三维模型匹配与检索技术已成为国内外多媒体信息识别与检索领域的一个研究热点。国内外公开的文献中，在T.Funkhouser，P.Min，M.Kazhdan，J.Chen，A.Halderman，D.Dobkin，and D.Jacobs，“A search engine for 3Dmodels，”ACM Transactions on Graphics，Vol.22，No.1，pp.83-105，2003.中提出了采用球面调和函数分析了体素化模型，提取了调和系数来描述三维形状的特征；H.Laga，H.Takahashi，and M.Nakajima，“Spherical wavelet descriptors for content-based 3D modelretrieval，”IEEE International Conference on Shape Modeling and Applications，Matsushima，Japan，pp.15-25，Jun.2006.中提出了采用球面小波系数分析了球面延长函数，并采用小波系数来进行描述三维形状的特征；T.Furuya and R.Ohbuchi，“DenseSampling and Fast Encoding for 3D Model Retrieval Using Bag-of-Visual Features，”ACMInternational Conference on Image and Video Retrieval，Santorini，Greece，pp.1-8，Jul.2009.中提出了深度缓存图的特征向量降维方法。

但上述文献提出的特征提取方法有几点不足：

(1)以上方法通过计算距离来提取形状特征。然而，计算形状表面到质心的距离、或者形状表面到包围盒的深度缓存距离，如果质心或者包围盒发生微小变化，可以造成提取的距离函数发生很大变化，方法的稳定性差；