基于形狀的三維模型檢索若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著計算機硬件尤其是圖形掃描設(shè)備和圖形處理硬件性價比的提高，以及幾何造型軟件的普及，越來越多的三維模型在各個領(lǐng)域中得到了廣泛地應(yīng)用。 以三維模型為代表的數(shù)字幾何稱為新一代媒體，在互聯(lián)網(wǎng)的背景下，三維模型的應(yīng)用提出了以模型內(nèi)在特征為基礎(chǔ)的三維模型檢索問題，這是基于內(nèi)容的二維圖像檢索的新發(fā)展。 在三維模型檢索的研究中，尋找具有平移、旋轉(zhuǎn)和縮放等幾何變換不變量或者不變描述是關(guān)鍵所在。同時，由于三維世界中各種三維實體的幾何特征非

2、常復(fù)雜，它的描述方法必須能夠提供充分的信息。所以作為特征描述工具的特征向量空間應(yīng)該是易于擴展的，以適應(yīng)大規(guī)模檢索的需要。 本文在三維模型普及和應(yīng)用的大背景下，在充分調(diào)研國內(nèi)外相關(guān)課題組工作的基礎(chǔ)上，對三維模型的形狀描述問題進行了研究，探索了三維模型整體形狀特征的提取，以及如何使用這些形狀特征進行三維模型檢索，并在進行檢索方法探索的同時，解決實際應(yīng)用中的問題。 基于形狀的三維模型檢索系統(tǒng)一般由預(yù)處理、特征提取、相似性匹配和

3、檢索界面四個部分組成。本文的工作集中于靜態(tài)三維幾何模型的整體幾何特征的提取方法和在三維模型檢索中的應(yīng)用。論文的主要工作和創(chuàng)新點如下： ◇ 提出了一種基于正交多項式系統(tǒng)U系統(tǒng)的三維矩定義和描述方法。針對傳統(tǒng)方式定義的幾何矩在計算方面存在的高階矩計算不穩(wěn)定、特征向量空間的擴展受到限制的問題，應(yīng)用正交多項式U系統(tǒng)構(gòu)造了三維U系統(tǒng)矩。結(jié)合U系統(tǒng)的性質(zhì)，引入Hadamard矩陣解決了高階U系統(tǒng)函數(shù)的快速計算問題。討論了三維U系統(tǒng)矩特征的計算結(jié)構(gòu)

4、，并給出了快速求解方法。 ◇提出了一種基于球面調(diào)和函數(shù)構(gòu)造的擴展距離描述方法。對基于射線的算法進行了擴展，采用模型表面與射線交點的最遠距離作為描述三維模型的幾何特征，利用球面調(diào)和變換獲得旋轉(zhuǎn)不變的特征向量。 ◇提出了一種以模擬的電場力作為特征的啟發(fā)式方法，將提取模型幾何特征問題與物理模型結(jié)合。基于物理學(xué)中靜電場的基本原理，假設(shè)點電荷在三維模型表面均勻分布，然后提取三維模型產(chǎn)生模擬靜電場的電場力特征描述模型。該特征在物理意

5、義上定義，適用范圍比較廣泛。 ◇提出了一種正交樣條矩的定義。使用正交樣條函數(shù)，在三維旋轉(zhuǎn)不變矩的一般框架下，構(gòu)造了正交樣條矩。在三維模型檢索中效果優(yōu)于三維小波矩。 實現(xiàn)了一種三維模型檢索預(yù)處理方法。針對目前的三維檢索系統(tǒng)中常見的二維草圖輸入方法的局限性，本文假定輸入的二維草圖是三維模型的三視圖，在對三視圖采樣基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了三維體素模型的重構(gòu)，避免了二維草圖在檢索中產(chǎn)生的重復(fù)比較。同時這種處理方法也可以作為三維模型檢索系統(tǒng)