[发明专利]基于全局优化的三维几何模型部件拼接方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字媒体三维建模技术领域，具体涉及一种基于全局优化的三维几何模型部件拼接方法。

背景技术

随着数字媒体技术的发展，继音频、图像、视频之后，三维几何模型成为一种新兴的数字媒体数据。它可以被广泛地使用于工业设计、数字娱乐、科学可视化等领域。尽管三维扫描技术和三维软件建模技术已经有了长足的发展，但是如何快速有效地获取三维几何模型仍然是三维建模领域的一个难题。

现在一种快速有效的三维几何模型获取的思路是从已有的三维几何模型中进行模型部件的重新拼接，从而得到源模型的一些变种。基于该思想的一些系统共同的几个步骤是：通过某种检索方式从源模型库中找到期望的模型部件，用户交互地将模型部件摆放到合适的位置，对模型部件的位置进行一定的优化使得模型部件可以较好地拼接到一起。因此，如何在给定初始位置情况下，对模型部件进行自动的拼接是影响到最终拼接效果以及整个系统自动化程度的关键步骤。

为了解决上面所提到的模型部件拼接这一关键问题，目前国际上现有的技术大致分为如下两类。一类是采用一种贪心的方法对模型部件进行拼接：对于两个模型部件，找到它们最优的匹配边界，对边界进行融合；对于有多个模型部件的情况，需要不断地使用上述方法；这种技术方案的缺点是需要进行多次计算，并且难以保证达到全局最优的方案。另一类则完全依赖于用户交互来解决这个问题：通过设计合适的三维交互系统，使得通过一定的用户交互来达到比较好的拼接效果；但这显然不是一种完美的解决思路，因为它的自动化程度比较低，不能应用于批量处理大规模的数据。因此，针对现有技术的这些问题，一种全局的、自动的几何模型部件拼接方法是非常急需的。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种基于全局优化的三维几何模型部件拼接方法，用于快速有效的自动将不同待拼接模型部件拼接成一个完整的三维几何模型。

（二）技术方案

本发明技术方案如下：

一种基于全局优化的三维几何模型部件拼接方法，包括步骤：

S1.从源模型中提取多个待拼接模型部件，设定每个待拼接模型部件的初始位置；

S2.结合源模型确定每个待拼接模型部件的接触点；

S3.根据每个待拼接模型部件的初始位置建立接触点间的对应关系；

S4.结合接触点间的对应关系，建立并求解全局优化模型，优化每个待拼接模型部件的缩放量以及平移量，完成拼接。

优选的，所述步骤S2中确定每个待拼接模型部件的接触点的方法为：将待拼接模型部件与其所在的源模型中的其它模型部件进行求交运算，选取交点作为待拼接模型部件的接触点。

优选的，所述步骤S2包括步骤：

S201.对每个待拼接模型部件的所在的源模型中所有模型部件均匀采样；该待拼接模型部件上所有采样点组成集合P_i1，该源模型中其它模型部件上的采样点组成集合P_i2；

S202.设定第一选取阈值；

S203.计算所述集合P_i1中每个点与所述集合P_i2中距离该点最近的点间的距离值，若小于所述第一选取阈值，则将该点加入集合P_i0；

S204.对所述集合P_i0中所有点做聚类分析，每一类点集的中心点为待拼接模型部件的一个接触点。

优选的，所述第一选取阈值为待拼接模型部件的所在源模型包围盒对角线长度的百分之一。

优选的，所述步骤S3包括步骤：

S301.设定第二选取阈值；

S302.每对可拼接的两个待拼接模型部件S_i与S_j的接触点集合分别记为C_i以及C_j；

S303.计算C_i中每个接触点与C_j中距离该接触点最近的接触点间的距离值，若小于所述第二选取阈值，则建立该接触点与C_j中距离该接触点最近的接触点间的对应关系。

优选的，所述第二选取阈值为所有待拼接模型部件包围盒对角线长度的百分之五。

优选的，所述步骤S302中，判断两个待拼接模型部件可拼接的方法包括：

如果两个待拼接模型部件间的最近距离值小于所述第二选取阈值，则这两个待拼接模型部件可拼接。

优选的，所述步骤S4包括步骤：