[發明專利]多視角投影與三維注冊聯合的手繪場景三維建模方法

有效

• 申請號: 201410026189.1
• 申請日: 2014-01-21
• 公開（公告）號: CN103729885A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 馬華東;劉亮;盧大瑋;劉安爾
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06F17/30
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 夏憲富

1.一種多視角投影與三維注冊聯合的手繪場景三維建模方法，其特征在于，該方法包括下述兩個操作步驟的實現階段：

步驟1，預處理階段：對三維模型庫內的所有三維模型進行標準化預處理，以使系統預置的正多面體能將每個三維模型都包圍在內；再在正多面體的各個頂點處設置虛擬攝像機，用于拍攝每個三維模型的各個不同角度的投影圖，表示該三維模型的視覺形狀信息；然后提取每個模型所有投影圖的視覺特征，并依此建立三維模型特征庫；

步驟2，執行處理階段：用戶手繪其要展現的每個三維模型的二維手繪圖和為每個手繪圖附設文字標簽，還利用攝像機獲取每個手繪圖及其文字標簽的數字圖像；再針對這些數字圖像中的手繪圖及其對應的文字標簽的區域進行處理：采用提取三維模型投影圖視覺特征的相同方法提取手繪圖的視覺特征，并將處理后的文字標簽區域作為檢索關鍵字，將手繪圖的視覺特征與三維模型特征庫中的三維模型特征進行相似度計算，檢索得到三維場景所需要的三維模型；最后采用三維注冊算法將相似度最大的三維模型投影到相應位置，實現手繪場景的三維建模，并最終完成三維場景的展現。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1包括下列操作內容：

（11）對每個三維模型進行標準化預處理：

先將三維模型的中心移至世界坐標系、即絕對坐標系的原點；每個三維模型的中心坐標是計算該三維模型的正多面體包圍盒得到的：因模型文件存儲的信息是一系列的點、線、面和材質，這里只需讀取所有的點，再分別找出在X、Y和Z三個坐標軸方向上的最小值和最大值，就得到該三維模型的正多面體包圍盒，該包圍盒的中心就是三維模型的中心；由此得到將三維模型移至世界坐標系原點的變換矩陣T'=(T_X,T_Y,T_Z)；其中，u=X,Y,Z；Maxcoor_u和Mincoor_u分別是三維模型在u坐標軸上的坐標最大值和最小值；

得到三維模型的包圍盒后，求解其在X、Y和Z三個坐標軸方向的坐標最大值和最小值之差，就得到其長寬高，進而將三維模型縮放至單位長度；

然后，選取長寬高三個數值中的最大值，將其倒數作為縮放參數Q、即Q的計算公式為：再將三維模型的每個點的坐標乘以該縮放參數Q，就完成三維模型尺寸的歸一化和標準化的預處理；

（12）預置一個正多面體將三維模型包圍住，并在該正多面體的各個頂點都設置虛擬攝像機，用于拍攝該三維模型多個不同視角的投影圖，并利用這些投影圖表示該三維模型的視覺形狀信息；

（13）獲得該三維模型投影圖后，采用基于圖像的視覺形狀特征提取算法從中選擇包括角半徑變換ART（Angular?Radial?Transform）、傅里葉、偏心率和圓形性四種特征描述符提取該三維模型的視覺形狀特征，以便與用戶輸入的手繪圖進行比較；其中，傅里葉特征描述符是基于輪廓的，其余三個特征描述符是基于區域的。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述步驟（13）中，為保證縮放后的投影圖不改變三維模型圖的形狀，要將投影圖的大小以圖形的最大直徑為縮放指數進行歸一化：通過提取三維模型投影圖的視覺形狀特征，能夠得到每個三維模型投影圖的35個ART描述參數、10個傅里葉描述參數、1個偏心率描述參數和1個圓形性描述參數；

為減少上述各個描述參數的存儲空間，將每個描述參數量化為8位，即量化后的參數值G=[g×a×255+0.5]，其中，G的數值范圍是(0～255)，原參數值g的數值范圍是(0.0～1.0)，設置ART描述參數的縮放因子a=1，其他描述參數的縮放因子a=2；另外，為簡化計算過程、提高計算效率和加快檢索速度，還建立一個二維查找表，以供不再計算而直接從表中查詢0到255之間各個描述參數數值之間的距離：Look_Up_Table[j][k]=|j-k|，式中，j和k分別是該二維查找表的橫坐標和縱坐標的數值，其取值范圍是[0,255]；采用上述方法得到的所有三維模型投影圖的視覺特征，就構成三維模型特征庫。