复眼视觉基础上的三维模型几何相似性搜索方法技术

本发明专利技术涉及一种模仿复眼视觉对CAD模型、三角网格等三维模型几何相似性搜索方法。该方法包括以下步骤：1)将三维模型库中的所有模型表示为转化为球面图像；2)将待搜索的三维模型转化为球面图像；3)将步骤2)所得到的球面图像与步骤1)中已经建立的三维模型的球面图像进行比较，得到相似性搜索结果。本发明专利技术提供了一种搜索效率高、相似性评价准确并且使用方便的基于复眼视觉的三维模型几何相似性搜索方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图形图像处理
，涉及一种三维模型几何相似性的搜索方法， 尤其涉及一种模仿复眼视觉对CAD模型、三角网格等三维模型几何相似性搜索方法。
技术介绍
随着网络技术的高速发展，互联网上的信息量呈爆炸式增长，信息的载体也越来越丰富，在形式简单的文本之上，图像、视频以及三维模型的应用越来越广泛，如何从海量的形式各异的数据中快速搜索想要的信息逐渐成为互联网上信息搜索的难点。基于内容的信息搜索技术是解决这一问题的有效途径，已有多年的研究和发展历程。目前基于内容的文本搜索技术已经相对成熟，G00gle、MiCr0S0ft、Baidu等国内外知名公司的文本搜索引擎已经能够得到了广泛的应用。基于内容的图像搜索已有十几年的研究历史，目前已经成为图像处理领域内的研究热点，G00gle、MiCr0S0ft、Baidu等公司推出的商业化的图像搜索工具均可在一定程度上实现基于内容的搜索。随着图形图像软硬件设备、三维数据获取及建模技术的快速发展，三维模型已经被广泛用于工业设计和制造、仿真、虚拟现实、多媒体动画、3D游戏、分子生物学、地理信息等诸多领域，已经成为继图像、音频和视频之后的又一种重要的多媒体数据类型。互联网上已经出现了大量的三维模型，并且随着时间推移三维模型的数量将进一步快速增长。基于内容的三维模型搜索技术可以从海量的三维模型中根据模型的相似性快速、准确地找到需要的三维模型，具有广阔的应用前景，其研究已经成为图形图像领域内的研究热点。加拿大国家研究院的liquet等人在上世纪九十年代末最早开始对基于内容的三维模型搜索技术进行理论和算法方面的研究，并开发了第一个三维模型搜索原型系统，其他高校和研究机构如美国的普林斯顿大学、卡耐基梅隆大学、普渡大学、德国的康斯坦茨大学、波恩大学，NEC美国研究院、HP以色列海法研究院、IBM日本东京研究院等相继开展了基于内容的三维模型搜索技术研究，并取得一定进展；国内针对基于内容的三维模型搜索技术的研究起步较晚，近几年浙江大学、北京大学、南京大学、上海交通大学、西北工业大学、 北京微软研究院等也相继开展了相关理论和技术的研究，并取得了一定的成果。基于内容的三维模型搜索的核心是比较两个三维模型的形状相似性，三维模型的形状没有标准的定义，一个广泛认可的几何形状定义是“滤除欧几里德变换(平移、旋转和缩放)之后物体剩余的几何信息”。目前还没有一种高效的可以直接比较三维模型形状相似性的方法，常用的三维模型搜索都需要1)定义一个相对简单的形状描述符，幻将三维模型转化为形状描述符，3)用形状描述符的相似性来表示三维模型的相似性。按照形状描述符的定义方法和原理不同，三维模型搜索技术可以分为三大类1) 基于特征向量/矩阵的方法；2)基于图的方法；3)基于视觉的方法。基于特征向量/矩阵的方法采用将“特征向量/矩阵”作为形状描述符，例如形状分布、球面谐波、转矩等方法， “特征向量/矩阵”可以直接从三维模型上提取得到。基于图的方法以某种形式的“图”作为形状描述符，例如“骨架图”、“Reeb图”、属性邻接图等，“图”同样直接三维模型提取得CN 2/9页到。基于视觉的方法将视觉系统对三维模型的“观察结果”作为形状描述符，现有的基于视觉的方法的“观察结果”由多幅不同方向的投影图像构成，例如光场方法。形状描述符的相似性代表着三维模型的相似性，因此定义一个好的形状描述符是三维模型搜索方法的核心，对三维模型搜索的精度和效率有着决定性的作用。一个好的三维形状描述符应该满足如下基本条件1)尽可能全的包含三维模型的形状信息；2)可以简单高效的实现相似性比较；3)能够实现局部相似性比较；4)具有平移、旋转、放缩不变性；5)与三维模型的表示方法无关。上述条件1确保由三维模型转化得到的形状描述符可以尽可能多的保留三维模型的形状信息，只有保留尽可能多的形状信息时形状描述符的相似性才能代表三维模型的相似性，如果一个形状描述符没有丢失过多的形状信息，则可以根据该形状描述符恢复/ 重建三维模型。条件2确保相似性比较的效率，是决定三维模型搜索效率的核心，如果形状描述符之间的相似性比较效率很低，则难以基于该形状描述符实现快速三维模型搜索。条件3确保简单变形后的三维模型与原始三维模型之间的相似性可以得到相对准确表示，例如不同运动状态的一匹马应该具有一定的相似性。条件4确保三维模型经过平移、旋转、 缩放之后可以得到相同的搜索结果。条件5确保采用不同三维模型表示方法描述同一个物体时，可以提取得到的相似形状描述符，例如从同一个物体的B-rep模型及不同分辨率的三角网格模型可以提取出相似的形状描述符。表1.常见三维形状描述符比较(V 满足；〇部分满足；X 不满足)形状描述符条件1条件2条件3条件4条件5说明特征向量/矩阵XOXV包括形状分布、球面谐波、 转矩等。Reeb图，骨架图XOX·/基于图的方法丢失了物体表面的形状信息。属性邻接图X〇VVX通常用于CAD领域，仅适合:Brep模型基于视觉的方法VX综合能力好，相似性比较效率低足其主要缺点表1对几种常见三维形状描述符进行了比较，从中可以看出，基于视觉的三维模型搜索方法可以满足更多的基本条件，可以认为基于视觉的方法定义出的形状描述符与其他描述符相比较具有一定的优势，近年来的研究和实验结果表明，通常认为，基于视觉的方法是综合性能最好的方法。只有基于视觉的方法可以满足条件1，即多数方法都对三维模型进行了抽象，仅保留了少量的形状信息，只有基于视觉的方法保留了三维模型尽可能多的形状信息。两个描述符之间的相似性比较效率低是基于视觉的方法存在的主要问题。自然界中的物体本质上存在于三维空间，有着三维的形状，而人对自然界物体的形状感受来源于人的视觉。参见附图说明图1，三维空间的物体经过人眼之后将在视网膜上形成图5像，人脑接受人眼感受到的图像并从将其抽象为人类的语言文字，通过文字来描述和传递三维空间中物体形状的信息。基于内容的三维模型搜索本质上是一个计算机对几何形状的理解问题，该过程与人认识自然界物体形状的过程相似。基于视觉的方法模仿人认识自然界物体的过程，包括如下基本步骤1)将三维模型投影到多个特定的方向生成一组投影图像；幻从投影图像中提取特征(表示为特征向量、矩阵等形式)，；3)通过比较提取出的特征实现三维模型的相似性比较。表2基于视觉的搜索与人认识物体的关系权利要求1.一种，其特征在于所述包括以下步骤.1)将三维模型库中的所有模型表示为转化为球面图像；.2)将待搜索的三维模型转化为球面图像；.3)将步骤幻所得到的球面图像与步骤1)中已经建立的三维模型的球面图像进行比较，得到相似性搜索结果。2.根据权利要求1所述的，其特征在于所述球面图像是将三维模型整体表示为一个球面划分；所述球面划分是将球面分割为多个按照简单行列拓扑结构排列的小区域，赋予每个小区域以颜色后使该球面划分即成为一个球面图像。3.根据权利要求2所述的，其特征在于所述球面图像的具体实现方式是a. 1)选取一个投影中心点；a.2)以投影中心为核心建立球面图像像素到三维模型表面的映射关系。4.根据权利要求2所述的，其特征在于所述球面划分的具体实现方式是b.1)将球面均分为6个区域；b. 2)采用过坐标轴的大圆将上述6个区域划分为具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白晓亮，张树生，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：