噪声网格模型的多尺度特征线检测方法技术

本发明专利技术涉及一种针对噪声网格模型的多尺度特征线检测方法。所述方法包括：构造三维网格模型的离散多尺度表示；根据概率估计获得三维网格模型上每一顶点的分别的最优局部尺度；计算得到三维网格模型每一顶点在相应的所述最优局部尺度下的曲率信息；根据所述曲率信息检测特征点，并将所述特征点生成特征线。本发明专利技术提出的特征线检测方法能够有效地克服数据中噪声的影响，快速地得到检测结果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机视觉与图形学领域，具体涉及 一 种三维网格模 型的特征线检测方法。
技术介绍
随着三维扫描系统的不断发展，已经可以很容易地获得大数据 量、高精度的三维模型，为了得到更可靠的基于三维模型数据的数字 几何处理方法，特征线的检测作为三维模型处理过程中的重要部分而 成为研究热点之一。的曲线，定义为由三维模型上主曲率沿其对应主方向具有正的最大值或负的最小值的顶点构成的线，包括脊线(Ridges )和谷线(Valleys )。特征线的数学描述如下，、ax和、m分别表示顶点的最大主曲率和 最小主曲率，/_和^分别表示主曲率对应的主方向，主曲率沿对应 主方向的导数分别定义为e隨二说隨/《x ， e,;主曲率沿 主方向的极值由emax = 0和emm = 0决定。脊线的数学描述为*隨>fc,nkax 二0,&隱M置<0;谷线的数学描述为<-fcax|,emm =0,3em,nM,im >0。因为当模型表面的朝向反向时，脊线和谷线互换，所以一般检测 特征线时可以只考虑脊线。特征线作为对三维模型的形状信息的表达而被广泛应用于三维 模型的非真实感绘制、三维模型的分割、形状识别以及三维模型的简 化等领域中。在实际应用中，由于受到扫描仪的精度、扫描时的扰动 以及扫描对象自身的反射特性等因素的影响，从原始扫描数据获取的 三维网格数据通常都包含噪声，而且网格呈不规则状，这就对特征线的检测提出了很大的挑战。现有的三维模型的特征线检测算法大体可长或融合的方法得到模型分割结果，将不同区域的边界线看作是反映 模型表面变化的特征线。通过这类方法得到的特征线虽然能够表示模 型的整体结构，但缺少对模型精细特征的描述，而且特征线被约東在网格的边界上，其平滑程度受到网格分辨率的影响；直接检测特征线 的方法通常是利用三维模型的几何信息计算预先定义的特征算子，最 终得到构成特征线的模型顶点或网格边，这类方法得到的特征线能够 准确地反映模型表面的几何变化，既可以表示模型的整体结构，也描 述了模型表面细小的特征。在特征线的检测方法中，通过检测三维模型表面曲率的极值点来 检测特征线是最常釆用的算法框架，在这种算法中，对模型表面曲率 及其导数的估计是关键问题。对于从原始扫描数据获取得到的三维网 格模型，由于数据中不可避免的存在噪声，如果利用传统的直接检测 特征线的方法对特征线进行检测，检测结果中会包含许多由于噪声产 生的冗余曲线，很难通过简单的后处理操作将它们同需要的特征线区 分开来。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述缺陷，针对从原始扫描数据获取的噪声 三维网格模型，提出 一种结合多尺度信息的特征线检测方法。为了达到上述目的，本专利技术提供了 一种噪声网格模型的多尺度特 征线检测方法，所述方法包括抅造三维网格模型的离散多尺度表示；根据概率估计获得三维网格模型上每 一顶点的分别的最优局部尺度；计算得到三维网格模型每 一 顶点在相应的所述局部最优尺度下的曲率信,1模型，每一平滑度与一尺度相对应，每一所述尺度均为每一顶点的可选局部尺度；其中，所述多个具有不同平滑度的网格模型根据基于顶点的各向进 一 步地，所述基于顶点的各向异性扩散显式地为所述顶点的坐 标的变化；进一步地，所述根据概率估计获得三维网格模型上每一顶点的分别的最优局部尺度的过程包括计算得到每一顶点在每一可选局部尺度下的分别的后验概率； 选取所述后验概率中最大值所对应的局部尺度为所述顶点的最优局部尺度；其中，所述后验概率根据最小化能量函数获得，所述最小化能量 函数为"(p)=z」H"-》(v)r+z(,,,,,〉 "(v，")k(v) 1(")|2其中，P(v)是每一顶点的后验概率，(v,")是顶点v—邻域的顶点对，》(v)是每一顶点在每一局部尺度下的关于三维网格模型的似然概率， 。，")与局部尺度的先验分布有关；进一步地，所述似然概率根据描述长度准则计算得到；进一步地，所述根据所述曲率信息检测特征点的过程包括根据每 一 边的两个顶点的分别的曲率信息判断所述边是否具有曲率的极值点，若是，根据线性插值标识所述曲率极值点为特征点。 进一步地，所述曲率信息包括顶点的最大主曲率、最小主曲率及其对应的主方向、最大主曲率和最小主曲率沿所迷对应主方向的一阶和二阶方向导数。与现有技术相比，本专利技术的优势在于将基于顶点的各向异性扩散方程迭代地应用在含有噪声的三维 网格模型上，能够快速地平滑模型上平坦的区域，并且较好的保持了模型上的几何特征；在整个迭代过程中只有网格模型的顶点坐标发生 了改变，而拓扑连接关系不变，所以在获得的离散多尺度表示中，很容易得到各个尺度间模型顶点的对应关系，而且保持了模型上的拓扑连接关系；在对模型顶点选择最优局部尺度的过程中，引入了关于局部尺度 分布的先验知识，并基于描述长度的定义得到了局部尺度的似然概 率，通过计算模型每个顶点上局部尺度的最大后验概率得到了整个模 型上分段 一 致、并在特征处不连续的局部尺度分布；根据特征线数学定义，结合不同尺度的曲率信息可以得到满意的 特征线检测结果。附图说明图1是本专利技术的的流程图。具体实施例方式本专利技术提出的，结合附图 和实施例说明如下。如图i所示，本专利技术的包括S01:构造三维网格模型的离散多尺度表示；本实施例中，根据基于顶点的各向异性扩散获得三维网格模型的 离散多尺度表示将各向异性扩散的方法扩展到三维网格模型上，通 过一种基于顶点的各向异性扩散得到 一系列不同平滑度的三维网格 模型；不同的平滑度对应不同的尺度，平滑度越大对应尺度参数越大， 从而构造出原始网格模型的离散多尺度表示；基于顶点的各向异性扩散方程为其中F定义了模型表面顶点附近的法向变化，^v和V分别定义了基 于顶点的散度算子和梯度算子，扩散系数s(MI)是一个关于经数。类中的各向异性扩散，基于顶点的各向"性扩散在模型表面平坦的部分平滑力度较大，而在法向变化剧烈的部 分，也就是特征区域，平滑的力度很小，从而在整个扩散过程中能够 有效地保持模型表面的几何特征；本实施例中，将各向异性扩散的过程描述为三维模型顶点位置的 不断更新在本实施例的三维网格模型上，k.ll定义为=Z ^rccos〈"(力)，"(4Q《(2)其中，/,和A表示网格模型的顶点v,所邻接的两个三角形，它们 共享 一 个边；4 /,)和"")分别是所述两个三角形分另"对应的面法向，V是所述顶点的坐标；当扩散方程作用在平坦的区域时，扩散系数趋于l,扩散过程近似于热传导过程，平滑力度较大；当扩散方程作用在特征区域时，扩 散系数趋于0，近似于不做平滑。为了使所述顶点的扩散系数^4的 值被限制在区间内，并且使其单调递减，将扩散系数定义为g(x) 二 j/(l+x2/c2) (3)其中c为常数；在本实施例的三辯网格模型上，基,顶点的梯度算子定义为Vv' =<H一~f￥:vy ev, (4)/《 其中，、是顶点v,—邻域的顶点，《和《是顶点v,和、各自邻接的顶点数目；由此，本实施例的各向异性扩散方程可以显式地表示为三维网格 模型上顶点坐标的不断更新，所述顶点坐标的变化定义如下8v,v,ev; 一,V力v,.、/V(g(W)+g(尸(5)通过本步骤得到原始网格模型的离散多尺度表示为一,，"n..—本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种噪声网格模型的多尺度特征线检测方法，其特征在于，包括：　构造三维网格模型的离散多尺度表示；　根据概率估计获得三维网格模型上每一顶点的分别的最优局部尺度；　计算得到三维网格模型每一顶点在相应的所述最优局部尺度下的曲率信息；　根据所述曲率信息检测特征点，并将所述特征点生成特征线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗涛，查红彬，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]