一种三维模型局部匹配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种三维模型局部匹配方法，首先计算三维模型任意顶点的弯曲显著度，根据弯曲显著度生成排序列表并进行区域增长，形成一个局部顶点集合，根据区域增长形成的局部顶点集合进行二次曲面拟合，将拟合区域标识为三维模型局部子块，对三维模型局部子块进行特征提取，然后先后对三维模型局部子块的特征比较和局部匹配，对三维模型全局特征比较和全局匹配。本发明专利技术可以对三维模型的局部进行匹配，可以实现三维模型的局部对局部的检索和局部对全局的检索；可以提取局部显著区域特征，增加了方法的匹配精度；特征提取过程不再需要形状正规化，保证了特征提取的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
随着三维模型扫描设备的普及和建模软件例如CATIA、AutoCAD、Maya,3DMax的大 量使用，使得三维模型在各个领域开展了大量应用，包括计算机辅助设计和制造、多媒体、 动画、游戏、三维影视、医学、生物、人脸辨识等重要领域。巨量模型的存在使得三维模型的 检索需求非常迫切，另外，由于三维模型设计的复杂性对三维模型复用可以大大提高设计 人员的效率，同时，三维模型的识别可以应用到三维模型验证等领域。然而，三维模型检索、 复用、识别等应用依存于三维模型匹配技术基础。三维模型匹配与检索技术已经成为国内计算机图形学和多媒体领域的一个研究 热点。在国内公开的专利申请中，申请号为200810M3875.9的专利“一种基于面拓扑关 联约束的三维实体模型检索方法”提出了通过面拓扑关联约束集近似度计算来比较其拓扑 及几何细节的方法，通过面拓扑关联约束的快速比较，可从全局拓扑关系及局部拓扑/几 何细节两个层次，在大规模三维产品数据库中快速定位相似的三维实体模型。申请号为 200910086721. 8的专利“基于视频的三维模型检索方法”提出了先行预处理再生成二维轮 廓数据库，通过轮廓进行比较的方法。申请号为201010258M2. 2的专利“基于形状朝向多 分辨率分析的三维模型检索方法”提出了三维形状的朝向作为基础的特征，采用三维形状 的面片朝向主成分分析方法获取三个朝向的主轴，并根据该三个垂直主轴设置六个形状朝 向采样平面，通过对朝向函数进行多分辨率分析从而可以在多分辨率下进行特征比较。但上述专利文献提出的三维模型匹配与检索方法有几点不足(1)现有匹配方法集中于全局特征提取和三维模型整体匹配上，无法实现对三维 网格模型的局部进行匹配；(2)现有方法提取的特征无法反映到局部区域，特别是无法反映局部的几何和视 觉显著区域，造成了局部显著区域在最终的全局特征中所占比重较小；(3)现有方法在三维模型预处理上普遍采用了形状正规化过程，然而在映射变换 的三维模型旋转主轴的提取上稳定性不够高，影响了后续的特征提取。
技术实现思路
为了克服现有技术的仅限全局匹配的方式、无法提取局部显著区域和形状正规化 影响稳定性等不足，本专利技术提供，可以对三维模型的局部进行 匹配，可以实现三维模型的局部对局部的检索和局部对全局的检索；可以提取局部显著区 域特征，增加了方法的匹配精度；特征提取过程不再需要形状正规化，保证了特征提取的稳 定性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤(1)计算三维模型任意顶点的弯曲显著度。本专利技术根据实践自定义了一种弯曲显著度度量方法，可以代表顶点的显著特征。任意顶点的弯曲显著度计算由邻接顶点的高斯 曲率和邻接三角形面积加权平均而确定。(2)根据弯曲显著度生成排序列表并进行区域增长。通过各个顶点的弯曲显著度 进行顶点排序，生成顶点排序列表，按照弯曲显著度由高到低依次选取顶点，按照宽度优先 的方式在近邻进行区域增长，该区域所有的顶点形成一个局部顶点集合。(3)步骤O)中的局部顶点集合形成的区域进行二次曲面拟合。根据区域增长形 成的局部顶点集合进行二次曲面拟合，通过三维网格模型的边平均值设定拟合误差的终止 条件，将拟合区域标识为三维模型局部子块。一个整体三维模型根据弯曲显著度排序列表 可以拟合成若干个局部子块。(4)三维模型局部子块的特征提取。对三维模型的每一个局部子块提取其旋转不 变的特征，不再进行形状正规化的预处理，通过计算以下三项分布作为局部子块的特征离 散高斯曲率直方图分布，离散高斯曲率梯度直方图分布，二面角直方图分布。(5)三维模型局部子块的特征比较和局部匹配。局部子块之间的比较通过比较局 部子块的特征进行实现，比较方法采用步骤中三项分布的最小Manhattan距离来衡量 任意两个三维局部子块。通过局部子块之间的特征比较实现局部匹配。(6)三维模型全局特征比较和全局匹配。两个三维模型之间的全局比较可以通过 两个模型的所有局部子块间两两比较来实现。一个模型的每个局部子块在另一个模型的所 有子块中寻找距离最小的子块，计算这两个子块之间的距离。通过对所有子块距离求和，计 算全局距离，完成全局匹配。本专利技术的有益效果是本专利技术实现了一种三维网格模型的局部匹配方式，如图1 所示，两个相似三维网格模型通过部分匹配进行整体匹配，例如摩托车和摩托车之间通过 轮胎相匹配；或者通过一个小的三维网格模型匹配和查找含有该相似部分的整体网格模 型，例如轮胎和摩托车相匹配；也可以匹配只有部分相似的两个三维网格模型，例如汽车和 摩托车只有轮胎相似。本专利技术考虑了符合几何和视觉方面的局部特征，放弃了传统的全局 特征提取方式，保证了局部细节的匹配精度。另外，由于三维网格模型的特征提取大部分依 赖于三维网格模型的预处理，但预处理为后续特征提取带来了不稳定因素，预处理的结果 在缩放和旋转上的差异导致后续特征提取不稳定，在本专利技术中主要以自定义的弯曲显著度 作为基础属性，以宽度优先搜索方式获取局部顶点集合进行二次曲面拟合，通过逐次顶点 合并的区域增长方法获取局部区域，并提取局部区域的关键特征，整个过程和三维网格模 型的大小尺寸、旋转方位等映射变换无关，因此不需要进行形状归一化的预处理，从而增加 了方法的鲁棒性。在特征距离比较上采用局部子块的逐个比较，并计算局部子块之间最小 Manhattan距离，用来衡量局部子块匹配程度。两个三维模型之间的距离由所有局部子块之 间的距离决定，这样可以利用局部匹配能力来提升整体匹配精度。下面结合附图和实施实例对本专利技术进一步说明。附图说明图1为本专利技术所述的局部匹配方式示例图。图2为本专利技术三维模型匹配方法的说明图。图3为本专利技术三维模型局部匹配方法的特征提取过程的说明图。4图4为本专利技术弯曲显著度的计算说明图；图5为本专利技术局部子块的特征说明图。图6为本专利技术局部子块的二面角计算说明图。具体实施例方式如图2所示标明了三维模型局部匹配的方法。本专利技术的该项技术可以实现三维模 型局部匹配功能。给定两个三维网格模型A和B，每个网格模型由若干个部分构成，其中， 三维网格模型A由ApA2、A3、A4四个部分组成，三维网格模型B由Bi、B2、 三个部分组成， 每个部分都是一个三维网格模型的子块，每个子块的顶点集合是三维网格模型顶点集合的 子集，面片集合也是三维网格模型面片集合的子集，边集合同样是三维网格模型边集合的 子集。如果对两个模型A和B进行匹配和相似度比较，本专利技术是通过比较Ap A2, A3、A4四 个部分和Bp B2、B3三个部分的方式来实现的，以A1为例，A1分别和B” B2, B3三个部分进行 比较，然后A2再和B的三个部分进行比较，之后是A3和A4。匹配结果由子块比较结果而确 定。例如通过一个轮胎的三维网格模型，来匹配具有轮胎子块的摩托车模型；也可以进行 整体对整体的匹配，例如两个摩托车模型按照各自的轮胎、车身、车把等部位的子块进行匹 配，完成整体匹配过程；也可以进行部分对部分的匹配，例如同样是两个轮胎的三维网格模 型，也可以进行匹配。进行特征提取时，先对三维网格模型进行局部分析，划定若干个局部 子块，之后对每一个子块进行特征提取，特征提取方法采用旋转不变的直方图方法进行。该 匹配方式应用在三维模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维模型局部匹配方法，其特征在于包括下述步骤：（１）计算三维模型任意顶点的弯曲显著度，任意顶点的弯曲显著度计算由邻接顶点的高斯曲率和邻接三角形面积加权平均而确定；（２）通过各个顶点的弯曲显著度进行顶点排序，生成顶点排序列表，按照弯曲显著度由高到低依次选取顶点，按照宽度优先的方式在近邻进行区域增长，该区域所有的顶点形成一个局部顶点集合；（３）根据区域增长形成的局部顶点集合进行二次曲面拟合，通过三维网格模型的边平均值设定拟合误差的终止条件，将拟合区域标识为三维模型局部子块；一个整体三维模型根据弯曲显著度排序列表可以拟合成若干个局部子块；（４）对三维模型的每一个局部子块提取其旋转不变的特征，通过计算以下三项分布作为局部子块的特征：离散高斯曲率直方图分布，离散高斯曲率梯度直方图分布，二面角直方图分布；（５）通过比较局部子块的特征进行实现局部子块之间的比较，比较方法采用步骤（４）中三项分布的最小Ｍａｎｈａｔｔａｎ距离来衡量任意两个三维局部子块；通过局部子块之间的特征比较实现局部匹配；（６）通过两个模型的所有局部子块间两两比较来实现两个三维模型之间的全局比较，一个模型的每个局部子块在另一个模型的所有子块中寻找距离最小的子块，计算这两个子块之间的距离；通过对所有子块距离求和，计算全局距离，完成全局匹配。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘贞报，张超，姜洪开，唐小军，秦琴，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]