[發明專利]一種多融合物理簽名的持久性聚類分割方法

有效

• 申請號: 201810542723.2
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108805886B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 楊曉文;蘇明輝;韓燮;況立群;韓慧妍;曹山海;潘文
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G06T7/12
• 分類號: G06T7/12;G06T7/168
• 代理公司: 太原申立德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 程園園

本發明屬于計算機圖形學與拓撲學領域，具體提出了一種多融合物理簽名的持久性聚類分割方法，主要解決了現有分割方法存在運行時間長、分割結果不穩定、魯棒性較差的缺點。本發明首先選定所需物理簽名，計算融合后的三類物理簽名函數，進而利用持久性聚類產生持久性圖，最后選定閾值合并，產生分割結果。該分割方法適用于任何三維網格模型，分割結果良好，且分割速度有了較大提升，對于三維網格模型的逆向工程、醫學成像、模型變形和局部匹配等領域有著顯著作用。

技術領域

本發明屬于計算機圖形學與拓撲學領域，具體提出了一種多融合物理簽名的持久性聚類分割方法，該方法可用于對網格模型的特征描述及多種三維網格模型的分割。

背景技術

三維網格分割是計算機圖形學中的一個重要領域，它是幾何處理中的基本操作，在網格特征點的描述中，大都利用各種曲率或法向量夾角等概念作為分水嶺函數，而曲率與法向量夾角所顯示的特征通常不夠健壯，相反，隨著熱核簽名、波核簽名、基于熱擴散的局部二進制描述符、尺度不變熱核簽名等研究的逐漸深入，其應用在三維模型的分割、匹配等領域收到了顯著的效果，物理簽名本身具有的等距不變性、穩定性的優勢也逐漸凸顯，可以克服傳統幾何特征的受噪聲、姿態變換等的影響，逐漸成為了研究熱點。

三維網格分割方法眾多，如：基于弱凸分割的方法通用性不廣，每次分割結果都有所差異；基于Mean-Shift的分割方法，分割結果局限性較大，僅適用于分支形狀特征不緊湊的物體；基于一致性分割的方法對于大型模型的分割表現良好，但不適用于較小型模型；基于機器學習的分割方法，盡管分割效果較好但線下耗時過多，導致整體系統略顯臃腫。

發明內容

本發明針對背景技術中存在的問題，提出了一種多融合物理簽名的持久性聚類分割方法，包括以下步驟：

步驟1，設定待分割網格模型基于熱核HKS、波核WKS、熱映射HMS、尺度不變熱核SI-HKS，四類物理簽名的三類融合描述符；

步驟2，計算步驟1所提出三類融合描述符的拉普拉斯算子的特征值和特征向量，分別求得網格模型各網格點的三類融合描述符數值；

步驟3，建立基于步驟1的三類融合描述符的形狀表征標量場，采用爬山算法分別對三類所得融合描述符數值進行爬山運算，獲得標量場中融合簽名函數的數值大小排序；

步驟4，計算基于步驟3所得數值排序標量場的持久同源性，產生持久性圖，并在持久性圖中總結網格模型各網格點的持久性；

步驟5，根據步驟4所得持久性圖，給定持久性閾值，將持久性圖中的點分類為顯著特征或拓撲噪聲，將對應的拓撲噪聲合并到顯著特征中，產生穩定的分割，即完成了多融合物理簽名的持久性聚類分割。

綜合步驟1到步驟5中，本發明提出的一種多融合物理簽名的持久性聚類分割方法，它將持久性聚類并入到網格分割的框架中，物理簽名與持久性聚類的組合會產生等距不變的網格劃分，該分割方法提高了本發明的分割速度、分割結果較為穩定、適用性較廣，得到了較好的網格分割結果。

進一步，所述步驟1中，設定待分割網格模型基于熱核HKS、波核WKS、熱映射HMS、尺度不變熱核SI-HKS四類物理簽名的三類融合描述符，三類融合描述符分別為：基于波核簽名與熱映射簽名的融合描述符FFS1、基于對波核與熱核簽名的和進行與乘積的融合描述符FFS2、基于波核簽名與尺度不變的熱核簽名的融合描述符FFS3，三類融合描述符的定義由步驟1.1到1.3完成：

1.1、基于波核簽名與熱映射簽名的融合描述符FFS1，其特點在于它在一定程度上減少了低頻對于HMS的影響，減少了對網格表面的擾動性，增強了融合函數的魯棒性。FFS1定義如下：

其中，λ_k和φ分別代表拉普拉斯矩陣的第k個特征值和特征函數，f_E表示能量分布，t表示時間，E表示動能，n代表網格中點的個數；