基于网格分割和层级特征的三维模型检索方法研究

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随着计算机软、硬件的更新换代、互联网的快速普及和计算机图形学理论的不断完善,在影视动漫、仿真、生物医学等领域,3D网格建模技术已经被广泛应用。以三维立体取代二维平面,用虚拟模拟现实的3D建模技术带领人们步入了立体世界。然而,建模高度逼真的3D网格模型十分费时费力,假如能高效复用网络资源中现存的3D网格模型,就可以大大减少新模型的建模工作,如何从海量3D网格模型资源中快速查找并精确的筛选出所需模型成为了必需解决的问题。因此,研究3D网格模型检索方法工作是一项具有重要现实意义的工作。基于内容的检索是当前三维模型检索的一个热点研究方向,该方法根据网格模型的材质、纹理、空间结构等信息计算并提取其形状特征作为该网格模型的唯一标识,然后计算目标模型与模型数据库中待查模型的特征差值,将差值最小的前N个模型作为结果输出,实现三维模型的检索。因此,三维模型检索的关键在于如何提取网格模型的形状特征。本文对检索系统结构进行了分析并对现有的特征提取算法进行了总结,并提出改进的检索方法。主要做了以下三方面工作:1.分析了三维模型检索方法的研究背景及意义,介绍了模型检索的流程和系统的框架结构,总结了模型检索中的关键技术。当前常用的特征提取算法种类繁多,缺少统一分类标准,本文对其大致分类,并分别进行阐述。2.针对现有检索算法在提取形状特征时仅整体计算模型信息、忽略模型局部信息、未充分利用网格模型特征点等问题,提出一种基于网格分割的三维模型检索方法,并将之应用于三维模型检索系统。首先,对多种信号值计算方法进行比较,获得稳定度较高的网格三角形平坦度,并将其作为高度函数应用到改进算法中,然后,对网格模型进行预处理,采用多维标度分析MDS(multi-dimension scaling)描述模型姿势不变性并提取模型显著特征点,采用特征点作为种子点指导网格分割。分割结束后,为避免出现过分割区域,采用多轮动态加权完成从局部到全局的合并使分割结果更加合理。最后,对三维模型的局部信息进行特征提取建立特征树,比较树的匹配程度检索相似三维模型。通过对几种目标模型进行检索,分析检索方法的合理性与有效性,进一步改进算法思想、精练算法步骤,设计程序结构并编写算法。实验验证,算法较好地利用了模型局部信息,检索速度快,在相同查全率下具有较高的查准率。3.目前多数三维模型检索算法只采用单一形状特征表述,然而单一形状特征描述能力终归有限,只能有针对性的描述网格模型的某些性质,并不能适应所有模型的检索,有一定的局限性。因此提出层级特征检索,研究多种特征按照层次结构进行匹配,同时结合用户反馈机制,动态的计算与模型数据库中模型匹配时的权值,利用用户反馈的方法,对训练中的特征权值进行动态调整,得到不同的阈值,最后在网格模型检索阶段,先利用第一类形状特征与阈值比较,再选择一个权值与第二特征进行比较计算,对模型数据库中模型进行对比,实现三维模型检索。
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