[發明專利]一種三維模型的極視圖提取方法

在審

• 申請號: 201710148535.7
• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN107085824A
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發明（設計）人: 鄧杭;周燕;曾凡智
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: G06T3/00
• 分類號: G06T3/00;G06T15/10
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 梁瑩,顧思妍

技術領域

本發明涉及三維模型處理技術領域，更具體地說，涉及一種三維模型的極視圖提取方法。

背景技術

隨著計算機硬件和軟件的快速發展，以及三維模型建模技術和GPU高速圖形處理技術的發展，三維模型的數量急劇增長，推動三維模型處理技術的快速發展。三維模型作為第四種多媒體數據類型，三維模型的應用領域也越來越廣，在工業產品設計、醫學生物、模擬仿真、虛擬現實、3D游戲、3D影視和多媒體教學系統等領域中有廣泛應用。

三維模型數量的急劇增長和三維模型的應用需求日益增大，對于立體結構的三維模型的表達和特征提取，如何準確地分析和科學地處理三維模型成為了亟待解決的問題。近年來，基于視圖的三維模型分析方法得到了大量的運用。通過分析三維模型的實體結構，提取了三維模型的二維視圖，再對二維視圖進行分析和處理。傳統的視圖的提取通常要提取多個角度的視圖，在提取過程中需要花費大量計算機的計算資源和時間，才能保證多個二維視圖對三維模型的完整表達，而多個視圖又存在了大量的信息冗余。因此，目前的視圖提取方法對于處理大批量的三維模型還遠遠不夠，所以現階段需要通過對視圖提取方法進行改進，或者結合新的理論，研究新的三維模型視圖提取方法，對于解決目前的三維模型分析和特征提取的難題，具有非常重要的意義和價值。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的缺點與不足，提供一種三維模型的極視圖提取方法，該極視圖提取方法避免了傳統的多角度視圖提取方法導致計算量大、視圖冗余和內存占用多的問題；該方法提取得到的三維模型極視圖能表達三維模型的全局空間幾何特征，從而為三維模型分析提供良好的視圖特征基礎。

為了達到上述目的，本發明通過下述技術方案予以實現：一種三維模型的極視圖提取方法，其特征在于：

首先，將三維點云模型進行預處理，計算出三維點云模型的質心及尺度，并將三維點云模型平移到直角坐標系上進行縮放，實現三維點云模型在直角坐標系上歸一化；

其次，將在直角坐標系上經過縮放的三維點云模型轉換到球坐標，并得到三維點云模型各個點的方向和距離屬性；

再次，將點集的球坐標映射到極視圖的像素位置上，計算每個像素采樣距離集的最大距離，作為方向區間的射線采樣值；

最后，將每個像素采樣距離集的最大距離排列成二維采樣圖，即為所提取的極視圖。

在上述方案中，本發明三維模型的極視圖提取方法避免了傳統的多角度視圖提取方法導致計算量大、視圖冗余和內存占用多的問題。該方法是對質心位于直接坐標原點的三維模型進行提取的，在球坐標上做點云的方向到極視圖坐標的映射去提取最大采樣值，這種方法提取的一個極視圖能表達三維模型的全局空間結構，從而為三維模型分析提供良好的視圖特征基礎。其中，極視圖是指從三維模型的質心向外發射一組采樣射線，射線與模型的交點到質心的距離排列成的二維采樣圖。

具體地說，包括以下步驟：

步驟S101：輸入三維點云模型，該三維點云模型的尺度為P＝{p_i(x_i,y_i,z_i)|i＝1,2,...,N}；

步驟S102：按照下述公式計算三維點云模型的質心g(g_x，g_y，g_z)，通過得到的質心g(g_x，g_y，g_z)將三維點云模型平移變換到直角坐標系上，則三維點云模型在直角坐標系的尺度為p′_i＝p_i-g,i＝1,2,...,N；平移變換后的三維點云模型p′_i的質心位于直角坐標系的原點；

步驟s103：計算三維點云模型的縮放因子s，將三維點云模型縮放到單位尺度為上，其中，縮放因子s為

步驟s104：將在直角坐標系上經過縮放的三維點云模型轉換到球坐標Q，此時三維點云模型在球坐標上的尺度為轉換公式如下：

其中θ∈[0,π]，仰角在Z軸負半軸上為0；

步驟s105：將球坐標Q映射到極視圖的像素位置(u,v)上，映射關系為則三維點云模型在極視圖的像素位置(u,v)上按照下述公式計算；其中，一個像素位置(u,v)上存在一個球坐標點、多個球坐標點或者不存在有球坐標點；

其中n_u和n_v分別為極視圖的寬和長；