三维模型检索技术
一个基于深度图像的三维模型检索算法

西 北大学 信息科学与技术学院 计算机 系 , 西安 702 117
De a t e t f mp t r S h o f n o mai n S i n ea d T c n l g , r we t i e s y Xi a 1 1 7 Ch n pr m n Co u e , c o l I f r t c e c n e h o o y No t o o o h s v r i , ’ n 7 0 2 , i a Un t W ANG a f n , H ANG i GENG o u , ta . D o e e r e a l o ih b s d o a g a e Co p t rEn i e r Xi o e g Z Fe, Gu h a e 1 3 m d l t iv lag r t m a e n r n e i g . m u e g n e - r m
p rT i a oi m o p t D mo es r et nrn ei gso i i ci s adte o p t d edrc o i orm n e. hs l rh c m ue 3 dl po ci g g t s j o a mae ns dr t n, n nc m ue eg i t nhs ga ad x e o h s ei t
C m ue n ier ga d p l ai s o p tr gn ei n pi t n 计算机 工程与应用 E n A c o
一
个基于深 度图像 的三维模 型检 索算法
飞, 国华, 耿 刘晓宁
王小凤 , 张
W ANG a f n , HANG e , NG o u , I Xi o i g Xi o e g Z F i GE Gu h a L U a n n
两个距离特征相结合的3D模型检索技术

基金项 目: 四川省教育厅青年基金资 助项 目( o6 o 0 2 oB4 )
维普资讯
7 0
成
都
信
息
工
程
学 院
学
报
第2 2卷
√P +P 2 w) 志 ,, M , ut i ̄k , :12 …, c n 为统计点 的个数 。则距 离直 方图分布 为 X:[ , 2… , , y o xlx , …,
2 1 特征 提取 .
模 型检 索技 术 的关键 是找 到描 述模 型 的有 效特 征 , 后 提取 这 种 特征 并 以 向量 的形 式 表 示 。提 取 的 特 征 向 然
量需要满足 : 不同的模型有不同的特征 向量 ; 相似的模型其特征向量间距离较小。文中提出的特征提取方法是提 取 模型 表面 点 到 Z轴 的距离 作 为模 型特 征 。提取 时使 用 了两 种 不 同的 特征 向量 表 示这 个 距 离特 征 , 即分 块平 均 距 离 特征 向量 和距 离 直方 图分 布 特征 向量 。具 体 特征提取 过 程如 下 : ()使用 P A[ 方法将 模 型 规范 化 , 其满 足缩 放不 变 、 转不 变 、 1 C 3 ] 使 旋 平移 不变 、 称不 变 , 且 Z轴方 向为模 对 并
型 的主方 向 。
() 2 均匀采样模型表面上的点 , 得到模型的点云模型 。设点云模型的全部点为 P={ 一 P 一 } P , , P =
( , P ) P P 扭 ∈R N 为点 的个 数 。 ,
() 3 计算 MaZ:Ma ( 扭) MiZ:Mi( 如 , x = xP 和 一 n n P )模型在 Z轴方 向的长度 L Z=MaZ—Mi 。计算所有点 x n Z
基于功能的三维模型检索系统

2 0 1 3年 1 2月
计算 机辅 助设 计 与 图形 学学 报
J o u r n a l o f C o mp u t e r — Ai d e d De s i g n& C o mp u t e r Gr a p h i c s
Vo 1 . 2 5 No . 1 2
s e ma nt i c s c a n be c a r r i e d ou t . The f u nc t i o na l s e ma n t i c o nt ol o gy i s t he n u s e d a s a n i ns t r uc t i on t o gu i d e t he s t a nd a r d i z e d l a b e l i ng o f t he f unc t i on o f t he 3 D mo d e 1 .M o r e o ve r,i n c a s e o ne f unc t i o n ma y be n o t a c omp r e he ns i v e d e s c r i pt i o n o f t he t a r ge t m o de l ,a r e t r i e v a l a l go r i t h m s up po r t i n g m u l t i pl e f u nc t i o n r e t r i e v a l a t t he s a me t i me i s a l s o p r o p os e d, whi c h i s us e d t o c a l c ul a t e f un c t i o n s e ma n t i c s i mi l a r i t i e s b e t we e n mo de l s a nd t h e n s o r t s t he m. Fi n a l l y,a n e xa mpl e i s t a ke n t o i l l u s t r a t e t h a t t he s e a r c h r e s u l t c a n s a t i s f y t he r e qu i r e me nt s o f c on c e pt u a l d e s i g n a nd c o n t r i but e t o d e s i g n r e us e a n d i n no va t i v e de s i gn.
三维模型检索中的特征提取方法

三维模型楦索 巾的特征 提取方法
海南 大学信 息科 学技 术 学院 潘 萍
[ 摘 要] 三维模 型检 索的关键 问题是如何 有效地提取 三维模型 的特 征。本文在 查阅 了国内外大量有关三 维模 型检 索文献的基础 上, 对三维模型的特征提 取方法进 行 了研 究, 总结了当前存在的特征提取算法 , 并对其进行 了分析与比较 。 [ 关键词] 三维模型 检 索 特征提取
系进行归一化 预处理 , 因此 该算法对三维模 型网格细分和 网格简化 的 鲁 棒性较差 。此 外 , 由于互 联网多数三维模 型通常是退化或 松散 的多 边形 集合 , 以应用这种方法有很大 的局限性。 所 另一种 函数分析 方法是球 面调和分析 , 算法也被称 为单位球面 该 上 的二维傅立 叶分析 , 其算 法思想是 : 先建立球 面函数 , 然后 对球面 函 数 进行快速球面调和变换 。V ai首先将球面调和分 析引入到三维模 r c n 型特征 提取领 域 , 出了旋转 相关特 征描述 符。K zdn改进 了该方 提 ah a 法 , 其与 旋转无 关 , 使 具体 过程如 下 : 先将 三维模 型体 素化为 6 首 4X 4 6 6 × 个体单元 , 整模 型位置使其重心位于 网格 中心 , 4 调 以确保体素模 型后有一 个半径 为 3 2的外包 围球刚好覆 盖该模型 。以网格 的中心为 球心, 使用半 径分别为 1 2 … ,2 同心球将 网格分解成 3 个球面 函 ,, 3的 2 数, 然后对 每个球 面函数进行 球面调 和变换 , 将其分 解成 1 个 频率 由 6 低 到高的球面调和 函数 的和。 由于相对于旋转 , 球面调 和函数 其 L 范 2 数并没有 改变 , 因此对 每个球 面函数定 义 1 个球 面调和 函数 的 L 范 6 2 数, 以此组成三维模 型的 3 ×1 特征向量矩阵 。矩阵元素 (, 值表示 2 6 ij ) 球 面调和 函数的 L 范数 , 中 i 2 其 表示半 径为 i 的球面 函数 ,表示 第 j j 个 球 面调 和 函数 。两个 模型 相似 度计算 较简 单 , 直接利 用欧 几里 德距 离。此算法的一个显著的优点是不用进行三维模型预处理就能具有很 好 的匹配性能。但是 , 该算法的使用有一个前提 : 三维模型 中不能有洞 且 不能有悬垂 的部分 , 这也是球面调 和分析算法使用范围的一个限制。 此外 , 小波变换也被用来描述三维模型的特征 , 小波分析在 图像等 领 域具有广泛的应用 , 它是傅立叶变换的一个扩展 , 也是一种多尺度 的 函数分 析 , 它适 用于分 层表示及 比较 , 具有 良好的 时间和空 间分辨 并 率 。在三 维模型检索 领域 中 ,au t P qe等使 用 了小波 变换进行 三维模型 的几何 特征提取 。但 由于这一 特征提取 算法没 有进行规 则 的采样信 号, 而是从频域角度分析三维模型 , 因此三维模型特征提取之前 的预处 理 过程会 比较复杂 , 并且对三维模型的噪声 、 旋转变换和 网格简化细分 的鲁棒性较差 , 此外 , 由于三维模型 的表示 方法 不统一 , 也增加 了将 这 小 波变换应用 到三维模 型检索 的难度 。
一种基于结构的三维模型检索方法

一
种 基 于 结构 的三 维模 型 检 索 方法
’
谢 涛 应
( 华 师 范 大 学 实验 中 心 , 西 四川 南 充 6 7 0 ) 3 0 2
摘要: 内在 结 构特 征 作 为三 维 模 型 的 一 个 重 要 特 征 , 逻 辑 上 代 表 了模 型 的 形 状 特 征 。通 过 计 算不 同三 维模 型 的表 面 点信 息 . 取 从 提
出三 维模 型 的骨 骼 信 息 作 为 特征 值 , 与 需 要 查 询 的 目标 的 结 构 特征 进 行 匹 配 比较 , 并 最终 得 到 查 询 结 果 。不 同于 常 用 的基 于表 面 特 征 的三 维 模 型 检 索 方 法 . 文 采 用 一 种 体 素 化 三 维 模 型 、 取 骨 骼得 到 结 构 特 征 , 过 图 编 辑距 离匹 配特 征 值 得 到检 索 结 果 的 三 维 该 提 通
Absr ct t a :As n i a mpo t n e t r ,i e a tuc r f 3 m o lr prs n st e s pe f au e o D od lfom h ogc 1 ra tf au e ntr lsr t e o D n u de e ee t h ha e t r f 3 m e r t e l ia.The m an i
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三维模型检索技术综述

体素化是指将三维模型的外包立方体按坐标轴方向切分成N
×N ×N个体单元 ,使用体数据 表示模型 ,N一般是 2的 n次
究者 的注 意 ,并 日益成 为一 个研究 热点 … 。
幂。一些检索方法需要体素化预处理 ,而另外一些则不需要体
大量的三维模 型添加 注释 信息 , 这不 仅花 费大量 的人力和物 力 , 21 . 基于形状的检索技 术 基于形 状的检 素技术是 提取三维 模型 的形状特征 ,并根据
而且带有人 的主观因素 ,使检索容 易失败 。基于 内容 的检索是 根据三维模 型的实际内容( 如几何形状 ,拓扑结构等) 进行 自动检 索,人工的干预较少。虽然基于文本的检索技术非常成熟,应 用也很 广泛 ,但是 它不适 合于三维 模型检 索I。 因此 ,三维模 I 型检索技 术的研究工作 主要集 中在 基于 内容的检索技 术上 。 基于内容的三维模型检索首先从模型数据中自动计算并提取 三 维模 型的 特征 , 形状 、空 间关 系、材 质的颜 色 及纹 理等 , 如 建立三 维模型的 多维 信息索 引 ,然 后在 多维特 征空 间中计算待 查询模 型与 目 标模 型之间 的相 似程度 ,实现 对三维模 型数据库 的洲l和检索I。基于内容的含义就是试 图利用反映三维模型视 览 I 觉特征的 内容信息 自动建立特 征索 引,达 到检索三维模 型的 目 的 。基于 内容的三维模型 检索技术通过对 视觉特征 的相似性 匹 配来查找 用户所要求的三 维模型 ,这更贴近 于人们在现 实生活
形状特征检索。形状特征描述应该具有如下特点 : 对三维信息的 描述和 分辨 能力强 ;计算速 度快 ;易存储 ,特征 维数 足够 低 ;
基于几何内容的三维模型比较与检索算法研究

基于几何内容的三维模型比较与检索算法研究Research on 3D Model Similarity Measure and Retrieval姓名:刘一指导教师:查红彬教授基于几何内容的三维模型比较与检索算法研究 Research on 3D Model Similarity Measure and Retrieval摘要随着三维建模技术的日益成熟和计算机软硬件技术的飞速发展,三维模型的数量在最近的十年中有了飞跃性的增长。
充分利用已有的三维模型数据资源,可以大大减轻设计新模型的工作量,同时也可以促进三维数据的流通和在各领域的应用。
这就需要提出有效的方法,根据几何内容对三维模型进行分类和检索。
基于内容检索的关键问题是如何将三维模型的特征进行量化,并在此基础上进行相似度的定义。
由于三维模型作相似变换后,仍被视为是同一个模型,因此抽取具有相似变换不变性的几何特征是十分必要的。
相似变换可以分解成三种基本的变换-平移变换,尺度变换和旋转变换。
对模型的位置和尺寸进行归一的方法相对简单,相对来讲旋转自由度的归一则具有较差的稳定性。
因此,人们期望定义的物体形状描述算子具有自身的旋转不变性。
为了不依赖坐标系的选择,我们利用快速球面调和变换,将三维几何信息分解到SO(3)变换下的一系列不变子空间中,从而获得所提取特征的旋转不变性。
作为和Fujitsu公司的横向合作项目,论文作者和普建涛博士后共同开发了基于几何内容进行三维模型检索的原型系统,在深入研究已有算法的基础上,提出了几个新算法,并验证了有效性。
本文共分五个章节。
第一章介绍三维网格模型的概念和基本应用。
第二章介绍三维模型检索系统的流程与用户界面设计框架。
第三章介绍基于随机过程的三维几何特征提取方法。
第四章介绍球面调和变换的概念和若干以检索为目的的快速球参数化方法,并对作者提出的新算法进行详细讨论。
第五章对实验结果进行总结并展望今后工作。
关键词:数字几何处理、三维模型检索、球面调和变换Key Words: Digital Geometry Processing, 3D Model Retrieval, Spherical Harmonic Transform第一章 三维模型和数字几何处理的概念与应用1.1三维网格模型的概念和应用我们生活在一个三维的世界中,传统的照相技术只能获得三维物体的二维影像,而无法精确的记录物体的三维几何特征。
三维CAD模型检索研究现状综述

些不同类型的 检索方 法。 为模 型检 索的 重要 依据 。 此 种检 索 方式在 相关领 域知识 的 前提下 对相 根 据不 同场 合、 检索要求 的不 同, 三维 模型检 索基本可以分 为B - R e p s  ̄C S G 描述 的几 何造型表
【 关键 词l C A D 模 型; 模 型检 索; 现 状研 究 ( 4 ) 以拓扑结构 分析的方式 以 拓扑 结 构 分析 的 方式 主要 考虑 模 型 的一 些 拓扑 关 系和应 用情 况, 最后进行基 本的相 似搜索 。 一般 拓扑结 构在很大程 度上可以描述 内
引言 近 几年来 随 着三 维获 取设备及相 关软 件技 术 的不断 发展 , 对 数据 部结 构 , 能有效 描述 局部 细节和 整体 结构 , 并且有 较好 的稳定性 , 也是 描述 的需 求开 始增加 。 机 械 工程 , 建筑设 计和 装 潢, 服 装设 计, 虚 拟建 面 向语义和功 能描述 的三维c AD 模型检 索的方法 。 模等领 域都 渐渐建立 了相关模 型库 , 三维模 型数量 仍在增加 。 所 以三维 3 面向 语义 与功 能 描述 的 三维 C A D 模 型 检 索 模 型检 索技 术也 已经成 为各 个领 域 的研究 热点 问题 , 各类 学者 提 出了 三维 C AD 模型一般与各种制 造加工 、 属性功能等 有关, 这些可 以作
惑 攘
三维C A D模型检索研究现状综述
秦奕鹰 科林环保装 备股份有限公 司
【 摘 要】随着三维技 术的发展 , 三 维模型检 索技术 已成为各领 域 以投影 视 图的方式 检 索的 依据主 要是一 些模 型的形 态投影 , 这 些 的一个研 究热点问题 。 在机械 领域 , 应用三维C A D 模 型的特征属性进行检 形 态投影 都有其 特定 的函数 表示 。 它主要用于工程领 域。 国外学者 较多 索, 具 有检 索精度 高, 检索目 的强等特点。 本文对三维C A D 模型检 索研究现 采 用扩展 高斯 秋的 方法表 征模 型几何特 征 。 还 有一些 学者 利 用模型 的 状 进行了综述, C A D 模型检 索可划分为两个层次, 基于视 觉相似性 的和 面向 二位 投影 图比较 实现 检索 。 该方 法通 过某 函数 模型 的投影 特征 向量 来 语 义和功 能描述 的三 维C A D 模型检 索。 对这 两种检 索层 次下C A D 模 型的检 区 分三 维模 型。 优点是 计算效率 高, 主要 缺 点是 鲁棒 性较 差 , 函数投影 索方法进行详细的分析和总结。 最后展 望了 进一 步的研 究方向。 容易出现少量 信息丢失 , 细 节检索 能力差。
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论文要点 1.三维模型检索发展现状
1.1三维模型检索系统的发展 1.2三维模型特征提取算法发展 2.数据获取及规范化表示 2.1 常用的几种立体视觉技术
(1)双像合成法。 (2)莫尔条纹法。 (3)傅里叶变换轮廓法。
(4)位相测量法。 (5)主动三角形法。 (6)几何光学聚焦法。 (7)飞行时间法。 2.2光谱法立体视觉技术 3.特征提取 3.1基于统计直方图的特征提取算法 3.2基于投影射线的特征提取算法
实现的方法步骤如下:
(1)对变量经线和纬线w进行初始化,初值为零;
(2)判断经线的值是否小于其最大值,满足条件 则求出相应的值,利用2.1节中提到的方法进行 角度为?的球截面和一系列三角面片是否相交的 判断,把相交的三角面片放入集合s,;否则结 束程序;
(3)判断纬线w的值是否小于其最大值,满足条 件则求出对应的值,;否则w=0,返回步骤2;
)、Y=
( x1 , x2, ......, xn ),则可用以下几
种方y式1 ,来y2计,.算....相., 似yn程度:
(1) 统计距离:
2
(2)Minkowski-form距离(
D( X ,Y
)
)
i
( X i Yi ) 2 X i Yi
Lp
D(X ,Y ) X Y n
当n=1时,为绝对距离:
其中,具有较大影响的是美国普林斯顿大学提供的 检索系统[2],台湾国立大学提供的检索系统[3], 德国莱比锡大学提供的检索系统[4]以及希腊信息与 通讯研究机构提供的检索系统等。但是,国内对三 维模型检索的研究起步比较晚,相关的文献和系统 也比较少。
课题方向
如何在大量的三维模型中检索出所需要的 三维模型,是三维模型检索技术的主要研 究方向。
n
D ( X ,Y ) xi yi i 1
当n=2时,为Euclidean距离:
n
D( X ,Y )
(xi yi ) 2
i 1
结论
三维模型检索是近几年兴起的一个新的研究领域, 目前仍然处于起步阶段。 从国内来说,这方面的研 究工作还很少见,仅有少量的文献报道。经过最近 几年的发展,三维模型检索技术取得了不少的研究 成果,但是还有许多问题需要解决
3.2.1投影射线法 4.相似性度量
4.1三维模型相似度量技术 5.展望
三维检索技术中难点
1、投影射线法 : 取一个固定,不同的射线组成的球截面,并向过原点
与之垂直的截面作投影,形成一条投影线,该投影 线的方程为:
sin() • x cos() • y 0
球截面与三角面片的位置关系如图3-1所示:
(4)判断面片的索引号k是否不超过面片的最大 值,满足条件则用上一节中的方法求出对应 的u ,v, t,k++;否则k=0,返回3;
(5)判断u ,v, t 是否满足相交条件,不满足 条件则t=0。把一系列对应的作为模型的特 征值
2
2、三维模型相似度量技术
假设存在特征向量的空间
F和任R意/ 两
个向量X=(
三维模型检索技术
论文框架
1 研究背景 2 课题方向 3 论文要点
4 三维检索技术中难点
5 结论
研究背景
三维检索技术在一些专业领域得到了重视,并 获得了较好的实用价值。经过近几年的发展, 三维模型检索系统的研究取得了较大的进展。 很多学者和研究人员设计了不同的三维模型检 索系统。有些研究机构甚至已经提供了基于WEB 的三维模型检索系统,用户可以通过网络检索 并获得需要的三维模型。
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