三維模型幾何相似性比較的研究.pdf

1、隨著三維技術(shù)的迅速發(fā)展，三維模型檢索在人們?nèi)粘Ｉ?、CAD/CAM、計算機(jī)動畫設(shè)計中均有著廣泛的應(yīng)用，并且它已成為MPEG7標(biāo)準(zhǔn)模型的一個重要研究部分，如何在大量的三維模型中高效地檢索需要的模型已經(jīng)成為一個迫切需要解決的問題。目前，基于關(guān)鍵詞的三維模型檢索方法已經(jīng)無法滿足設(shè)計和使用的要求，而基于內(nèi)容的三維模型檢索技術(shù)則突破了傳統(tǒng)的關(guān)鍵字檢索的局限，直接利用三維模型特征來建立索引和完成檢索，其主要特點是：客觀性、信息特征檢索及高速檢索。

2、 三維模型幾何相似性比較算法是基于內(nèi)容的三維模型檢索系統(tǒng)的一個主要研究方向。迄今為止，人們提出了諸多三維模型幾何相似性比較算法，這些算法可以大致分為三類：一類是基于輪廓形狀的幾何相似性比較算法，通過計算三維模型頂點和網(wǎng)格的分布特征來比較三維模型的幾何相似性；一類是基于拓?fù)湫螤畹娜S模型幾何相似性比較算法，通過計算三維模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征來比較三維模型的幾何相似性；一類是基于視覺的三維模型幾何相似性比較算法，通過計算三維模型的視覺特征

3、來比較三維模型的幾何相似性。對于三維模型檢索系統(tǒng)，三維模型幾何相似性比較算法要有較好的可計算性，即對各種類型的三維模型沒有特殊要求，具有較好的噪聲魯棒性，較好的網(wǎng)格簡化魯棒性，以及三維模型的坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)魯棒性。 三維模型坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)歸一化是三維模型檢索系統(tǒng)的一個重要問題，不同坐標(biāo)系下的同一個模型，其相似度應(yīng)該相同?，F(xiàn)有文獻(xiàn)在計算三維模型的幾何特征之前通常首先使用K-L變換對三維模型的坐標(biāo)系方向進(jìn)行歸一化預(yù)處理。我們通過K-L變換原理

4、證明了K-L變換對三維模型坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)歸一化是不穩(wěn)定的，并且對三維模型的網(wǎng)格簡化和模型噪聲的魯棒性較差。對此，我們進(jìn)行了大量的實驗分析，實驗結(jié)果與我們的推導(dǎo)分析過程相吻合。此外，由于具有各向同性的三維模型能提高三維模型幾何相似性比較算法的準(zhǔn)確性，因此可以提高三維模型檢索系統(tǒng)的檢索準(zhǔn)確性。我們對三維模型各向同性預(yù)處理進(jìn)行了詳細(xì)分析，并且給出了改進(jìn)的各向同性預(yù)處理。 人們經(jīng)常通過比較三維模型的外觀比較來獲得三維模型之間的相似性，這是基

5、于視覺的三維模型幾何相似性比較算法的基礎(chǔ)，也是三維模型檢索系統(tǒng)頗為重要的幾何相似性比較算法之一。我們對這類算法進(jìn)行了深入地研究，提出了一種高效的基于視覺的三維模型幾何相似性比較算法。首先計算三維模型的深度透視投影，然后計算投影圖像的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征和亮度分布特征，最后通過視覺圖像的相似性獲得三維模型的幾何相似性。在本文算法中，我們使用Reeb圖來表征三維模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用多尺度通用傅立葉描述子來表征視覺圖像的亮度分布特征。此外，我們還通過

6、檢索實驗討論了最佳透視視角的選擇問題，并且確定了一種高效率的視點布置方式。實驗結(jié)果表明，這種基于視覺的算法具有較好的檢索效率，并且具有較好的三維模型噪聲，三維模型旋轉(zhuǎn)，三維模型細(xì)分和簡化魯棒性。 我們還提出了一種基于球面調(diào)和特征向量的多尺度三維模型幾何相似性比較算法，此算法是一種基于輪廓的幾何相似性比較算法。我們首先計算三維模型在一系列同心球面上的深度球面投影，然后計算這些球面投影的具有旋轉(zhuǎn)無關(guān)特征的球面調(diào)和特征向量，最后通過這