[发明专利]一种基于加权拓扑约束比较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的检索方法，特别是一种从三维模型数据库中采用基于加权拓扑约束比较的三维模型检索方法。

背景技术

三维模型是目前已广泛应用到计算机辅助设计、虚拟现实、计算机动画和游戏产业的一种新的媒体模态，从大型数据库中有效检索三维模型已成为诸多商业应用中的迫切需求，具有较高的商业、经济价值和市场前景。

目前存在的三维模型检索的方法主要有文本检索、基于2D投影的三维形状检索、多分辨率拓扑分析及基于各类统计特征的检索方法。其中，文本检索方法在描述三维模型形状特性方面有局限性较大；2D投影轮廓检索方法计算复杂度较高，而且在模型旋转变换和失真情况下，检索相似模型的效率较低。基于拓扑分析的方法一般通过比较三维模型的拓扑结构来计算三维模型的相似度，典型方法如属性图比较、多分辨率Reeb图比较等。但是，拓扑分析对三维模型的连通性要求很高，模型局部失真或者面片缺失造成的模型缺陷都会影响模型的拓扑结构。此外，统计方法用描述算子如距离分布直方图或函数映射来表示三维模型，并在此基础上作三维形状比较。虽然多数统计方法对模型面片缺失不敏感，且对平移变换、缩放变换和旋转变换具有一定的鲁棒性，但这类方法在描述与比较三维模型局部细节方面存在缺陷，对各种具有局部形变的三维模型的区分度较差。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于加权拓扑约束比较的三维模型检索方法，从而从三维模型数据库中快速准确的查找到与输入的三维模型最接近的模型。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于加权拓扑约束比较的三维模型检索方法，包括以下步骤：

步骤一，输入一个待检索的目标三维模型到待检索的三维模型数据库，所述待检索的目标三维模型以及三维模型数据库中的三维模型表面由一组三角面片构成；

步骤二，计算三维模型的质心坐标，然后以质心为球心，将三维模型分割成一个以上的分割体；如果一个以上的波谷，则两个相邻同心球壳之间的区域以及半径最小的同心球壳与三维模型内部之间的区域为分割体；如果没有波谷，则有三维模型最外围的包围球和三维模型内部之间的区域为分割体，即为整个三维模型本身为分割体；

步骤三，逐一遍历位于各个分割体中三维模型表面的三角面片对，并计算三维模型的质心与三角形面片对中两个三角面片的各自质心所构成的三角形内的几何拓扑约束特征值，所述几何拓扑约束特征值由角度θ和长度比d描述；将各分割体中所有三角面片对的几何拓扑约束特征值投影到由角度θ和长度比d所构成的二维坐标系中；把角度θ和长度比d的二维坐标系分割成M×N块，并计算落在每一块中的几何拓扑约束特征值数量百分比，从而构成M×N矩阵，即为分割体所对应的局部拓扑约束矩阵；

步骤四，将所有局部拓扑约束矩阵加权相加后得到三维模型所对应的全局拓扑约束矩阵；

步骤五，遍历待检索的三维模型数据库中的每一个三维模型，重复步骤二至步骤四，得到待检索的三维模型数据库中的每一个三维模型所对应的全局拓扑约束矩阵，并分别计算待检索的目标三维模型与待检索的三维模型数据库中的每一个三维模型的欧氏距离作为对应的相似度；

步骤六，将三维模型间的相似度数值从低到高排序输出，完成三维模型检索。

本发明步骤二中，三维模型的质心坐标C_S(x_c，y_c，z_c)的计算方法是：