一种基于精确测地线的三维模型检索方法技术

本发明专利技术涉及一种基于精确测地线的三维模型检索方法，本发明专利技术的三维模型存储在服务器端的三维模型数据库中，本发明专利技术的方法通过客户端向所述服务器端提交需要检索的三维模型，服务器端根据客户端提交的三维模型与三维模型数据库中存储的三维模型进行匹配操作，并输出三维模型数据库中符合匹配规则的三维模型。本发明专利技术的方法不仅保持了三维模型良好的旋转、平移及缩放的不变性，而且从采样点的测地线信息中提取出特征向量，能够很好地进行模型匹配，使检索效率得到极大的提高，同时采用精确测地线的算法，使模型中任意点的测地距离更加准确，进一步完善检索的精度，并且保证了检索结果对模型的简化不敏感。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多媒体信息检索领域，特别是一种基于精确测地线的三维模型检索方法。
技术介绍
最近几年，随着三维模型可视化、数字化的飞速发展，网络上出现了越来越多的三维模型及其数据库，因此三维模型检索这一问题成为了当今科技领域关注的热点。如何合理准确地找到相关的三维模型资源，在这方面国内外已经做出了不少有益的研究。一个高效的三维模型检索引擎，不仅能极大地缩短网络搜索的时间，提高我们科研的效率和质量，也能更加方便地为实际生产生活服务，具有较大的实用价值。目前国内外已经有一些比较合理的三维模型检索方法，其中Masaki Hilaga在论文《Topology Matching for Fully AutomaticSimilarity Estimation of 3D Shapes》中提出了一种基于近似测地线的MRG图匹配算法，而A.Ben Hamza和Hamid Krim也在先后发表的论文《Geodesic Object Representation and Recognition》及《GeodesicMatching of Triangulated Surfaces》介绍了基于近似测地线的三维模型检索方法。这些方法相对于原来的D2算法性能已经有了明显的提高，而且它对旋转与平移的稳定性变得更好。但是这其中也存在不足：首先MRG图匹配算法的复杂度较高，构建和匹配MRG图过程中有可能因为某个细节的失误而导致整个模型匹配失准；而A.Ben Hamza和Hamid Krim提出的统计方法也涉及相对复杂的数学计算。他们都没有能够从测地线信息中提取出一个相对完整的特征向量，不利于采用模-->式匹配的方法进行检索。另外，他们采用的算法当中都不是精确的测地线，因而当三维模型进行简化处理后并不能保证测地线度量的一致性，通过近似计算得到模型当中两点间的测地距离也存在一定的误差。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种基于精确测地线的三维模型检索方法，它不仅保持了对模型旋转、平移与缩放良好的稳定性，而且从精确测地线信息中提取分类与匹配的特征向量，这样就极大地提高了检索效率。同时由于采用了精确测地线的算法，它能够准确的计算出各采样点之间的最短距离，可以很好地提高检索的精度，并保持了对于模型简化处理的不敏感性。(二)技术方案针对以上问题，本专利技术提出的一种基于精确测地线的三维模型检索方法。三维模型存储在服务器端的三维模型数据库中，所述方法通过客户端向所述服务器端提交需要检索的三维模型，服务器端根据客户端提交的三维模型与三维模型数据库中存储的三维模型进行匹配操作，并输出三维模型数据库中符合匹配规则的三维模型，其中：所述的匹配操作包括如下步骤：(1)对客户端提交的三维模型和服务器端的三维模型数据库中所存储的三维模型进行测地线特征信息提取操作，分别得到客户端的三维模型特征信息和服务器端的各三维模型的三维模型特征信息；所述的测地线特征信息提取操作进一步包括如下步骤：(11)获取三维模型上的每一采样点到该三维模型中其他各采样点的精确测地线距离v；(12)对各采样点，计算该点到模型中其他各点的精确的测地线距离之和μ(v)；-->(13)利用公式μn(v)=μ(v)-minp∈Sμ(p)maxp∈Sμ(p)]]>对各采样点进行规一化处理，其中p为各采样点，S为三维模型的表面积，μn(v)代表第n个采样点的归一化值；(14)构建采样点的直方图信息及相应的特征向量。首先将0-1分成m等份，其中m为整数且大于1，各采样点根据归一化值μn(v)划入不同的等份。统计各等份采样点个数，构建直方图。再将各等份采样点个数除以采样点总个数从而得每一等份所占比例，构成m维特征向量Wm，Wm即三维模型特征信息，用Wx和Wi分别表示从客户端提交的三维模型和服务器端的三维模型数据库中所存储的三维模型中得到的上述m维特征向量；(2)通过公式‖Wx-Wi‖计算距离长度ΔWi，距离长度ΔWi最小的Wi所对应的三维模型即为三维模型数据库中符合匹配规则的三维模型。其中，步骤(11)还包括如下步骤：(111)首先从三维模型中任意选择一个顶点作为采样点，将该点标记为已处理，并添加到采样点列表；(112)计算该采样点到该三维模型中其他各采样点的精确测地线距离v，找到其中测地距离小于的各顶点，其中S代表模型的表面积，将这些顶点归入该采样点的同类点当中，并标记为已处理，不添加到采样点列表；(113)从未处理的顶点中选择距离最远的一个顶点，将其添加到采样点列表，重复上述(112)的操作，直到模型中所有顶点都标记为已处理；其中步骤(112)中，计算精确测地线距离v的方法为：(1121)设定该采样点为源点，以射线发散的形式在各三角形面片上做窗口增长，将模型中各边分解为若干小窗口；(1122)在窗口增长的过程中，测地线只在模型中的凹点处可能发生偏折，发生偏折的点称为伪源点，由此反复迭代直至完成整个模-->型的窗口增长过程；(1123)再通过反馈的方法得到源点到模型中其他各采样点的测地线距离，即精确测地线距离v。其中，所述步骤(1)还包括如下步骤：(15)采用SVM方法对服务器端的三维模型数据库所存储的三维模型中得到的m维特征向量进行分类，以特征向量的数值接近度作为分类标准，分类后所得的每一小类的m维特征向量的均值作为本分类的特征值Wy；所述步骤(2)中，先通过公式‖Wx-Wy‖计算距离长度ΔWy，找到距离长度ΔWy最小的Wy所对应的小类，将该小类中的m维特征向量用Wi表示。其中，所述步骤(15)还包括如下步骤：(151)首先选择三维模型数据库所存储的三维模型中得到的任一m维特征向量作为训练标准，采用SVM算法将其与之相近的三维模型和差别较大模型区分开，由此构建一个粗的分类，并计算出该粗分类中各模型的特征向量的均值作为该分类的特征向量W0；(152)再在余下的差别较大的三维模型中选择任一个三维模型的m维特征向量作为训练标准，重复步骤(151)的操作得到一个新的粗分类并计算出该分类的特征向量Wy。(153)重复步骤(152)的操作，反复执行SVM算法，直至将整个三维模型数据库划分为若干个粗的分类。其中，还包括输出三维模型数据库中符合匹配规则的三维模型时，将各三维模型按照距离长度ΔWi从小到大的顺序进行排序，选择若干排名靠前的三维模型做为检索结果输出。其中，服务器端还设置有三维模型特征数据库，各三维模型的三维模型特征信息存储在该三维模型特征数据库中。-->(三)有益效果本专利技术与现有技术相比的优点在于：对于不仅保持了三维模型良好的旋转、平移及缩放的不变性，而且从采样点的测地线信息中提取出特征向量，能够很好地进行模型匹配，使检索效率得到极大的提高。同时采用精确测地线的算法，使模型中任意点的测地距离更加准确，进一步完善检索的精度，并保证了对于模型简化的不敏感性。而在构建数据库的过程中采用SVM算法对数据库的三维模型进行粗分类，加速检索的速度和效率。附图说明图1为本专利技术的基于精确测地线的三维模型检索方法的主要模块和流程；图2为本专利技术的点采样的基本流程；图3为本专利技术的向量特征信息提取的主要过程；图4为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于精确测地线的三维模型检索方法，所述三维模型存储在服务器端的三维模型数据库中，所述方法通过客户端向所述服务器端提交需要检索的三维模型，服务器端根据客户端提交的三维模型与三维模型数据库中存储的三维模型进行匹配操作，并输出三维模型数据库中符合匹配规则的三维模型，其特征在于：　所述的匹配操作包括如下步骤：　（１）对客户端提交的三维模型和服务器端的三维模型数据库中所存储的三维模型进行测地线特征信息提取操作，分别得到客户端的三维模型特征信息和服务器端的各三维模型的三维 模型特征信息；　所述的测地线特征信息提取操作进一步包括如下步骤：　（１１）获取三维模型上的每一采样点到该三维模型中其他各采样点的精确测地线距离ｖ；　（１２）对各采样点，计算该点到模型中其他各点的精确的测地线距离之和μ（ｖ） ；　（１３）利用公式μ↓［ｎ］（ｖ）＝（μ（ｖ）－ｍｉｎ↓［ｐ∈Ｓ］μ（ｐ））／ｍａｘ↓［ｐ∈Ｐ］μ（ｐ）对各采样点进行规一化处理，其中ｐ为各采样点，Ｓ为三维模型的表面积，μ↓［ｎ］（ｖ）代表第ｎ个采样点的归一化值；　（１４）构 建采样点的直方图信息及相应的特征向量，首先将０－１分成ｍ等份，其中ｍ为整数且大于１，各采样点根据归一化值μ↓［ｎ］（ｖ）划入不同的等份，统计各等份采样点个数，构建直方图，再将各等份采样点个数除以采样点总个数从而得每一等份所占比例，构成ｍ维特征向量Ｗｍ，Ｗｍ即三维模型特征信息，用Ｗｘ和Ｗｉ分别表示从客户端提交的三维模型和服务器端的三维模型数据库中所存储的三维模型中得到的上述ｍ维特征向量；　（２）通过公式‖Ｗ↓［ｘ］－Ｗ↓［ｉ］‖计算距离长度ΔＷｉ，距离长度ΔＷｉ最小的Ｗｉ 所对应的三维模型即为三维模型数据库中符合匹配规则的三维模型。...

【技术特征摘要】
1、一种基于精确测地线的三维模型检索方法，所述三维模型存储在服务器端的三维模型数据库中，所述方法通过客户端向所述服务器端提交需要检索的三维模型，服务器端根据客户端提交的三维模型与三维模型数据库中存储的三维模型进行匹配操作，并输出三维模型数据库中符合匹配规则的三维模型，其特征在于：所述的匹配操作包括如下步骤：(1)对客户端提交的三维模型和服务器端的三维模型数据库中所存储的三维模型进行测地线特征信息提取操作，分别得到客户端的三维模型特征信息和服务器端的各三维模型的三维模型特征信息；所述的测地线特征信息提取操作进一步包括如下步骤：(11)获取三维模型上的每一采样点到该三维模型中其他各采样点的精确测地线距离v；(12)对各采样点，计算该点到模型中其他各点的精确的测地线距离之和μ(v)；(13)利用公式μn(v)=μ(v)-minp∈Sμ(p)maxp∈Sμ(p)]]>对各采样点进行规一化处理，其中p为各采样点，S为三维模型的表面积，μn(v)代表第n个采样点的归一化值；(14)构建采样点的直方图信息及相应的特征向量，首先将0-1分成m等份，其中m为整数且大于1，各采样点根据归一化值μn(v)划入不同的等份，统计各等份采样点个数，构建直方图，再将各等份采样点个数除以采样点总个数从而得每一等份所占比例，构成m维特征向量Wm，Wm即三维模型特征信息，用Wx和Wi分别表示从客户端提交的三维模型和服务器端的三维模型数据库中所存储的三维模型中得到的上述m维特征向量；(2)通过公式||Wx-Wi||计算距离长度ΔWi，距离长度ΔWi最小的Wi所对应的三维模型即为三维模型数据库中符合匹配规则的三维模型。2、如权利要求1所述的基于精确测地线的三维模型检索方法，其特征在于，步骤(11)包括如下步骤：(111)首先从三维模型中任意选择一个顶点作为采样点，将该点标记为已处理，并添加到采样点列表；(112)计算该采样点到该三维模型中其他各采样点的精确测地线距离v，找到其中测地距离小于的各顶点，其中S代表模型的表面积，将这些顶点归入该采样点的同类点当中，并标记为已处理，不添加到采样点列表；(113)从未处理的顶点中选择距离最远的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永进，吕露，张文琦，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]