检测三维网格模型中的重复结构的方法和设备技术

发现三维模型中的重复结构是一项极具挑战性的任务。一种用于检测三维模型中的重复结构的方法包括：使用当前的采样步长大小对三维模型进行采样；检测模型的重复结构和剩余部分；确定一个或多个重复结构中的每一个重复结构的代表；只要检测步骤产生一个或多个重复结构，就减小当前的采样步长大小并且对检测到的重复结构的每个检测到的代表并对模型的剩余部分重复采样和检测步骤，其中使用减小的采样步长大小。所描述的方法和装置可以用于例如三维模型压缩、三维模型修复、几何合成等。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种检测三维网格模型中的重复结构的方法。
技术介绍
重复结构不仅在自然界无处不在，例如在生物学和物理学上，而且在其他领域，如工程和艺术中也是如此。重复结构在人造物体中很常见，并且在例如建筑的几乎所有的设计风格中都非常重要。因此，所有常见类型的三维网格模型通常都会包括重复结构。由于这类模型的复杂性增加，因此人们希望最小化对它们进行编码所需的数据量。人们已经发现对称性(包括重复结构)是一种可以用来降低复杂性的冗余重复结构只需要进行一次编码，并可以被多次调用或“实例化”。为了从这种冗余中获益，必须在现有的三维网格模型中检测重复结构。传统的方法使用一种依赖于用户手动识别重复元素的分割周期结构的技术。很显然，最好不需要这种用户辅助。可以通过变换(如旋转、平移、镜射(reflection)和均匀缩放)对重复结构的每个实例单独进行修改。一种现有的(部分)对称性检测的方法1 (即使在不同的尺寸等级)使用一种被称为“变换投票(transformation voting)”的方法它包括构建一个变换空间、聚类可能的变换以及通过变换聚类来决定对称性。例如，Mitra1在第一步骤中计算局部形状描述符，然后将其用于配对在候选对称动作下可能映射到彼此的点。一组可能的候选变换被称作变换空间。具有相似变换的对形成变换空间中的聚类，这为相应的对称关系提供了依据。在第二步骤中，对其变换落入一个聚类的点对进行空间一致性检查。随机的聚类提供了表面相似性，因此在检测和提取对称的表面分片时，只需要考虑一个较小的候选采样集合。使用曲率描述符对采样点进行配对；候选点对在它们的曲率描述符相差太多时被舍弃。类似地，已有根据曲率描述符将采样点分组分成若干“相似集合”的做法2。曲率通常是几何对象偏离平坦的量。使用聚类的一个原因是要比较的数据量非常大。采样点的数目(也即数据量)高度依赖于采样步长较小的采样步长会导致更多的数据，这使得聚类步骤效率变低。然而，较大的采样步长会导致小尺寸等级结构的遗漏。
技术实现思路
本专利技术提供了对现有的三维压缩方法，尤其是对变换投票方法的改善。后者通常有通过变换聚类寻找对称候选并且然后比较候选的步骤。可以在三维压缩或其他应用中采用它们。本专利技术提供的改善至少涉及采样步长大小。具体地说，本专利技术使用利用递减的采样步长大小的迭代均匀采样的方法。使用相对较大的初始采样步长对一个给定的三维网格模型进行均匀采样。然后，根据采样点的曲率对采样点进行聚类，然后确定属于同一聚类的采样点之间的变换。这些就是所谓的候选变换。因此，只需要为那些其中两个点具有相似的曲率的采样点对确定候选变换。这样的聚类步骤不仅改善了算法的效率，而且也提高了算法的精度。由之前计算的所有变换构建的变换空间包含比它在采样步长大小更小时包含的噪声元素更少的噪声元素。因此，随后的聚类步骤会更容易发现所有的重复结构。如果模型包括若干重复结构，这种聚类的通常的结果是，会出现一个或多个不同的聚类。在下一步骤中，选择(最相关的)聚类，并采用对应的变换和采样点对表示重复结构。最相关的聚类是那些最重要和明显的聚类。不属于某个聚类的其他变换被舍弃。使用递减的采样步长迭代执行此过程。每一次迭代都跳过重复部分，只处理模型的剩余部分和在上一次迭代中检测到的代表性结构的代表。因此，同样可以发现三维模型上的多尺寸等级的重复结构。当重复结构的数目稳定时或者当达到预先定义的最小采样步长大小时，迭代过程停止。另外，也可以定义一个超时，测量该过程的运行时间，并在运行时间超过该超时时终止该过程。另外的聚类和迭代步骤可以减少待研究的可能变换的数量，从而降低所需的处理能力。根据本专利技术的一个实施例，一种用于检测三维网格模型中的重复结构的方法包括以下步骤使用当前(均匀)的采样步长大小对三维网格模型进行采样，在三维网格模型中检测模型的一个或多个重复结构和剩余部分，并确定一个或多个重复结构中的每一个重复结构的代表，只要检测步骤使用当前的采样步长大小产生了一个或多个重复结构，就减少当前的采样步长大小以获得减小的采样步长大小，以及针对检测到的重复结构的每个检测到的代表以及针对模型的剩余部分重复采样和检测步骤，其中减小的采样步长大小被用作当前采样步长大小。检测到的多尺寸等级的重复结构以树状结构记录。如果检测步骤没有产生更多的重复结构，或者如果达到预先定义的最小采样步长大小或超时，那么终止该检测重复结构的方法。在一个实施例中，每个检测步骤包括以下步骤基于各自当前采样步长大小计算每一个采样点的曲率描述符；根据采样点的曲率描述符对采样点进行聚类，其中获得一个或多个采样点聚类；计算属于一个共同的采样点聚类的采样点对之间的变换；在一个变换空间中对计算得到的变换进行聚类，其中获得一个或多个变换聚类；以及根据变换空间中的一个或多个变换聚类中的每一个确定重复结构和它的代表，其中其变换属于变换空间中的一个共同的聚类的采样点对被定义为一个重复结构的两个实例。根据本专利技术的一个实施例，一种用于检测三维网格模型中重复结构的装置包括采样部件，用于使用当前(均匀)的采样步长大小对三维网格模型进行采样；检测部件，用于在三维网格模型中检测一个或多个重复结构和模型的剩余部分；确定部件，用于确定一个或多个重复结构中的每个重复结构的代表；减少部件，用于只要检测部件使用当前的采样步长大小检测出一个或多个重复结构，就减少当前的采样步长大小以获得减小的采样步长大小；以及控制部件，用于只要检测部件使用当前的采样步长大小检测出一个或多个重复结构，就针对检测到的重复结构的每个检测到的代表以及针对模型的剩余部分控制减少部件、采样部件和检测部件的重复操作，其中减小的采样步长大小被用作当前采样步长大小。如果检测部件没有检测出更多的重复结构，或者如果达到预先定义的最小采样步长大小或超时，那么该检测重复结构的装置停止。从属权利要求、下面的说明和附图公开了本专利技术的有利实施例。附图说明下面参照附图描述本专利技术的示例性实施例，其中图1示出了用于发现三维模型中重复结构的方法的框图；图2示出了对称性检测的原理；图3示出了用于记录检测到的多尺寸等级的重复结构的树状结构；图4示出了用于发现重复结构的装置的框图；图5示出了用于检测重复结构的检测部件的框图；图6示出了示例性的三维网格模型及其对应的数据集合；以及图7示出了点对的点与点之间的变换。具体实施例方式图1示出了用于发现三维模型中重复结构的方法的框图。对于一个输入的模型，计算采样点100，其中使用相对较大的初始采样步长大小。在接下来的步骤200中，计算每个采样点的曲率描述符。根据采样点的曲率描述符对采样点进行聚类300，即具有相似的曲率描述符的采样点被放入同一个聚类。在一个聚类内的采样点中，检测(即计算)400并验证500重复结构。根据检测到的重复结构，构建一个树，其中用子树枝代表每个重复结构。最后，检查700重复部分的数目在前面的步骤中是否已增加。对于输入的包含重复结构的模型(如大部分的模型)来说，最初总是这种情形。在这种情况下，减小采样步长的大小，重新计算某个聚类的子结构的采 样点。本专利技术公开了一种高效的用于检测三维模型上重复结构的方法，它可以自动发现任何小尺寸等级和多尺寸等级的重复结构。关键思想包括:基于采样点的曲率对所有采样点进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于检测三维网格模型中的重复结构的方法，包括以下步骤: -使用当前的采样步长大小对三维网格模型进行采样， -在三维网格模型中检测该模型的一个或多个重复结构和剩余部分，并确定一个或多个重复结构中的每一个重复结构的代表， -只要检测步骤使用当前的采样步长大小产生一个或多个重复结构，就减小当前的采样步长大小以获得减小的米样步长大小，以及 针对检测到的重复结构的每个检测到的代表、以及针对该模型的剩余部分重复采样和检测步骤，其中减小的采样步长大小被用作当前的采样步长大小。2.如权利要求1所述的方法，其中每个检测步骤包括以下步骤: -基于各自的当前采样步长大小计算每一个采样点的曲率描述符； -根据采样点的曲率描述符对采样点进行聚类，其中获得一个或多个采样点聚类； -计算属于一个共同的采样点聚类的采样点对之间的变换； -在一个变换空间中对计算得到的变换进行聚类，其中获得一个或多个变换聚类；以及 -根据变换空间中的一 个或多个变换聚类中的每一个变换聚类，确定重复结构和它的代表，其中其变换属于变换空间中的一个共同的聚类的采样点对被定义为一个重复结构的两个实例。3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述曲率描述符包括平均曲率H(Vi)、高斯曲率K (Vi)和主曲率。4.如权利要求1-3中任何一项所述的方法，其中所述聚类使用均值漂移算法。5.如权利要求1-4中任何一项所述的方法，其中所述计算变换包括计算具有多个可能的变换的变换空间。6.如权利要求1-5中任何一项所述的方法，进一步包括对三维模型进行编码的步骤，其中只对重复结构的参考模型编码一次，通过参考已编码的参考模型对重复结构的实例进行编码。7.如权利要求1-6中任何一项所述的方法，其中如果所述检测步骤没有产生更多的重复结构，那么所述方法终止。8.如权利要求1-7中任何一项所述的方法，其中如果达到最小采样步长大小，那么所述方法终止。9.如权利要求8所述的方法，进一步包括计算最小采样步长大小的初始步骤，其中所述最小采样步长大小是根据三维网格模型的参数计算的。10.如权利要求9所述的方法，其中构建三维网格模型周围的边界框，计算所述边界框的对角线长度，所述最小采样步长大小被设置为对角线长度的一部分。11.如权利要求1-10中任何一项所述的方法，进一步包括测量过程的运行时间的步骤，其中如果所述过程的运行时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡康颖，李伟伟，陈志波，
申请(专利权)人：汤姆森特许公司，
类型：
国别省市：