[發明專利]基于相關點漂移和動態形變圖的三維形狀非剛性對準方法

有效

• 申請號: 201410422674.0
• 申請日: 2014-08-25
• 公開（公告）號: CN104156985B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 劉貞報;呂建峰;布樹輝
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06T7/30
• 分類號: G06T7/30
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 陳星

1.一種基于相關點漂移和動態形變圖的三維形狀非剛性對準方法，其特征在于：包括以下幾個步驟：

步驟1：相關點漂移的點云對準：

提取源三維形狀頂點集作為數據集，提取目標三維形狀頂點集作為高斯混合模型中單高斯模型的中心集；通過期望最大化算法計算數據集中的點與高斯混合模型中單高斯模型的中心的對應關系；

步驟2：三維形狀的向下采樣：

使用邊融合方法，對源三維形狀進行均勻向下采樣，構建出源三維形狀的動態形變圖；所述邊融合的過程為：

對于需要通過邊融合消去的兩個相鄰頂點V0，V1，首先確定新的頂點位置V為V0，V1的中點，其次根據頂點和面的鄰接關系找到原圖中包含V1頂點的所有面，用新的頂點V替換原始面中的V1，再根據頂點和面的鄰接關系找到原圖中包含V0頂點的所有面，用新的頂點V替換原始面中的V0；

步驟3：動態形變圖的形變驅動：

步驟3.1：將步驟2獲得的動態形變圖中的每個頂點作為一個節點，對于動態形變圖的第i個節點x_i，賦給該節點旋轉矩陣A_i，平移矩陣b_i，并且初始化A_i＝I_3×3，I表示單位陣，b_i＝(0,0,0)^T；

步驟3.2：建立能量優化函數E_rigid，E_smooth，E_fit，其表達式分別為：

Erigid=Σxi{[(a1i)Ta2i]2+[(a1i)Ta3i]2+[(a2i)Ta3i]2+[1-(a1i)Ta3i]2+[1-(a1i)Ta2i]2+[1-(a2i)Ta3i]}2]]>

Efit=Σ(vi,ci)∈Cαpoint||v~i-ci||22+αplanenciT||v~i-ci||22]]>

其中，分別為A_i的列向量；

r_i和r_j分別表示第i個節點x_i和第j個節點x_j形變影響的區域，表示均一化的權重系數，

ω(x_i,x_j,r_i+r_j)＝max(0,(1-d²(x_i,x_j)/(r_i+r_j)²)³)，d(x_i,x_j)為節點x_i，x_j間的歐式距離；

α_point＝0.1，α_plane＝1，v_i為源三維形狀上的點經過動態形變圖映射后其對應的新的坐標位置，c_i表示原目標三維形狀上與v_i的對應點，n_ci為c_i的法向量，C表示所有對應點對(v_i,c_i)組成的集合；

步驟3.3：用高斯牛頓法最小化E_tot＝E_fit+α_smoothE_smooth+α_rigidE_rigid，其中α_smooth＝50，α_rigid＝100，得到E_tot取得最小值時，源三維形狀上的各個點經過動態形變圖映射后其對應的新的坐標位置，對準過程結束。