[發明專利]一種三維模型表征方法、檢索方法及檢索系統

有效

• 申請號: 201410080954.8
• 申請日: 2014-03-06
• 公開（公告）號: CN104462163B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 李海生;萬雅娟;祝曉斌;劉成;賴龍;曹健
• 申請（專利權）人: 北京工商大學
• 主分類號: G06F17/30
• 分類號: G06F17/30
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司11280
• 代理人: 王勇

技術領域

本發明涉及信息檢索及可視化技術領域，尤其涉及一種三維模型表征方法、檢索方法及檢索系統。

背景技術

早在上個世紀90年代，三維模型就已作為一種有效的表現形式廣泛應用于工業設計、三維動畫、歷史文物保護等多種領域。隨著三維模型數據庫規模的逐漸擴大，對三維模型檢索的需求也愈加急迫，高精度高效率的三維模型檢索已經成為當前研究的一個熱點。通常，三維模型檢索采用三維模型特征提取算法，提取出三維模型的形狀特征描述符，通過比較三維模型間的形狀特征描述符來檢索出形狀相似的三維模型。在計算機動畫、虛擬現實、三維游戲等領域的實踐應用中，三維模型，尤其是具備鉸鏈、關節等結構、變化性較強的三維模型，易受到剛性變換（rigid or iso metric transformations），從而發生形變，這類三維模型被定義為非剛性三維模型，參見圖1。現有的大部分三維模型特征提取技術都不適用于非剛性三維模型，這是因為當前特征提取算法大多基于三維模型的點集信息和視圖信息，而點集信息和視圖信息均不能承受剛性變換。當三維模型發生形變后，其點集和視圖信息都將發生改變，導致在剛性變換前后所提取出的特征存在很大差異，形狀特征描述符相去甚遠，不能保證非剛性模型檢索的準確性。因此，針對非剛性三維模型檢索的研究意義重大。

現有的非剛性三維模型檢索技術包括一種基于熱核特征的非剛性三維模型檢索技術，該方法通過使用熱核特征提取算法（Heat Kernel Signa ture，簡稱HKS）來提取三維模型的熱核特征。熱核特征提取算法源自于熱核（Heat Kernel）——熱擴散（heat diffusion）的基本解。熱核具備很多優質特性：能夠通過多尺度的方式將模型幾何特征組織起來、極具穩定性，并且熱核特征能夠承受剛性變換。因此，將熱核作為三維模型的特征可用于檢索非剛性三維模型。

然而，現有的熱核特征提取算法在表示三維模型的結構特征時具有一定的局限性。現有技術中都是在點集的基礎上運用熱核特征提取算法，所得到的熱核特征僅限于體現三維模型的表面信息，而對于那些具有孔、洞等結構的三維模型來說，則很難體現其內部特征。此外，由于熱核需要計算三維模型的拉普拉斯-貝特拉密算子，其計算量大且復雜度高，而現有的單機環境通常限制了計算速度，使得熱核特征提取算法實施起來效率較低。

發明內容

為解決上述問題，根據本發明的一個實施例，提供一種三維模型表征方法，該方法包括：

步驟1）、根據三維模型的體素之間的熱量傳遞計算每個內部體素的熱核特征值；

步驟2）、選擇熱核特征值小于預定閾值的內部體素作為骨架體素；由骨架體素、骨架體素的熱核特征值以及骨架體素之間的熱量傳遞構成該三維模型的熱核骨架特征描述符。

在一個實施例中，所述三維模型表征方法還包括：

步驟0）、將三維模型體素化，得到該三維模型的內部體素。

在一個實施例中，在步驟1）中，使用MapReduce計算每個內部體素的熱核特征值。

在進一步的實施例中，步驟1）包括：

步驟11）、在Map階段，并行地計算在一定時間內三維模型的每個體素傳遞至該三維模型所有體素的熱量；

步驟12）、對Map的輸出進行排序并將結果輸入Reduce；以及

步驟13）、在Reduce階段，將每個內部體素從其他體素傳遞得到的熱量匯總，得到內部體素的熱核特征值。

根據本發明的一個實施例，還提供一種三維模型檢索方法，包括：

步驟A）、根據權利要求1-4中任何一個所述的三維模型表征方法得到待檢索三維模型的熱核骨架特征描述符；

步驟B）、基于所述待檢索三維模型的熱核骨架特征描述符，將所述待檢索三維模型與數據庫中的每個三維模型的熱核骨架特征描述符進行匹配，檢索出與所述待檢索三維模型相似的三維模型。

在一個實施例中，在步驟B）中，將待檢索三維模型與數據庫中的一個三維模型進行匹配包括：

步驟a）、根據骨架體素分別構建所述待檢索三維模型和該數據庫中的三維模型的骨架圖G₁和G₂；

步驟b）、根據骨架體素的熱核特征值以及骨架體素之間的熱量傳遞構建骨架圖G₁和G₂的關聯圖H_v，檢測關聯圖H_v的最大團得到骨架圖G₁和G₂的最大公共子圖；