專利名稱：三維模型特征提取方法和系統(tǒng)、三維模型檢索方法和系統(tǒng)的制作方法
三維模型特征提取方法和系統(tǒng)、三維模型檢索方法和系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維模型處理領(lǐng)域，特別涉及一種三維模型特征提取方法和系統(tǒng)，以及一種三維模型檢索方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
如今，三維模型的應(yīng)用的非常廣泛，工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬人、三維游戲、教育、影視動畫等都廣泛使用三維模型。為了便于進(jìn)行三維模型的數(shù)字化存儲、三維模型的匹配檢索等處理，需要提取三維模型的特征。傳統(tǒng)的方法提取三維模型的輪廓特征，而輪廓特征相對比較簡單，無法得到模型的總體形狀特征，而且同一三維模型在不同的縮放比例或旋轉(zhuǎn)角度狀態(tài)下，所提取到的輪廓特征有可能是不一樣的，即提取的輪廓特征會受到三維模型的縮放和旋轉(zhuǎn)的影響。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要提供一種提取的特征不受三維模型的縮放和旋轉(zhuǎn)影響的三維模型特征提取方法和系統(tǒng)。一種三維模型特征提取方法，包括以下步驟對三維模型進(jìn)行體素化處理，生成體素模型；獲取體素模型的重心；計(jì)算體素模型中每個(gè)體素到重心的距離，獲取計(jì)算得到的距離中的最大距離；生成以重心為球心、以最大距離為半徑的球體，將球體用等距離的預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)同心球面劃分為多個(gè)空間區(qū)域，所述同心球面的球心為所述重心；計(jì)算各空間區(qū)域中體素的數(shù)量，獲取各空間區(qū)域中體素?cái)?shù)量的最大值；根據(jù)各空間區(qū)域中體素的數(shù)量以及各空間區(qū)域中體素?cái)?shù)量的最大值計(jì)算體素模型的體素密度分布特征。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述對三維模型進(jìn)行體素化處理，生成體素模型的步驟包括獲取三維模型的網(wǎng)格模型；對網(wǎng)格模型進(jìn)行平移變換，使得平移變換后坐標(biāo)系原點(diǎn)位于網(wǎng)格模型內(nèi)部；獲取網(wǎng)格模型的所有頂點(diǎn)的X坐標(biāo)值中的最大X坐標(biāo)值和最小X坐標(biāo)值、y坐標(biāo)值中的最大I坐標(biāo)值和最小I坐標(biāo)值、Z坐標(biāo)值中的最大z坐標(biāo)值和最小z坐標(biāo)值；生成以第一點(diǎn)和第二點(diǎn)為對角線的包圍盒，所述第一點(diǎn)的X坐標(biāo)為最大X坐標(biāo)值、I坐標(biāo)為最大I坐標(biāo)值、Z坐標(biāo)為最大Z坐標(biāo)值，所述第二點(diǎn)的組成的X坐標(biāo)為最小X坐標(biāo)值、I坐標(biāo)為最小I坐標(biāo)值、z坐標(biāo)為最小z坐標(biāo)值；將生成的包圍盒均勻切割成預(yù)設(shè)大小的體素；根據(jù)網(wǎng)格模型的網(wǎng)格向量獲取網(wǎng)格模型內(nèi)部的體素，并由所述網(wǎng)格模型內(nèi)部的體素組成體素模型。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)各空間區(qū)域中體素的數(shù)量以及各空間區(qū)域中體素?cái)?shù)量的最大值計(jì)算體素模型的體素密度分布特征的步驟包括根據(jù)以下公式計(jì)算各空間區(qū)域中體素的相對密度，得到體素密度分布特征的相對
密度向量
權(quán)利要求
1.一種三維模型特征提取方法，包括以下步驟 對三維模型進(jìn)行體素化處理，生成體素模型； 獲取體素模型的重心； 計(jì)算體素模型中每個(gè)體素到重心的距離，獲取計(jì)算得到的距離中的最大距離； 生成以重心為球心、以最大距離為半徑的球體，將球體用等距離的預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)同心球面劃分為多個(gè)空間區(qū)域，所述同心球面的球心為所述重心； 計(jì)算各空間區(qū)域中體素的數(shù)量，獲取各空間區(qū)域中體素?cái)?shù)量的最大值； 根據(jù)各空間區(qū)域中體素的數(shù)量以及各空間區(qū)域中體素?cái)?shù)量的最大值計(jì)算體素模型的體素密度分布特征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維模型特征提取方法，其特征在于，所述對三維模型進(jìn)行體素化處理，生成體素模型的步驟包括 獲取三維模型的網(wǎng)格模型； 對網(wǎng)格模型進(jìn)行平移變換，使得平移變換后坐標(biāo)系原點(diǎn)位于網(wǎng)格模型內(nèi)部； 獲取網(wǎng)格模型的所有頂點(diǎn)的X坐標(biāo)值中的最大X坐標(biāo)值和最小X坐標(biāo)值、I坐標(biāo)值中的最大I坐標(biāo)值和最小I坐標(biāo)值、Z坐標(biāo)值中的最大z坐標(biāo)值和最小z坐標(biāo)值； 生成以第一點(diǎn)和第二點(diǎn)為對角線的包圍盒，所述第一點(diǎn)的X坐標(biāo)為最大X坐標(biāo)值、y坐標(biāo)為最大I坐標(biāo)值、Z坐標(biāo)為最大Z坐標(biāo)值，所述第二點(diǎn)的組成的X坐標(biāo)為最小X坐標(biāo)值、y坐標(biāo)為最小I坐標(biāo)值、z坐標(biāo)為最小z坐標(biāo)值； 將生成的包圍盒均勻切割成預(yù)設(shè)大小的體素； 根據(jù)網(wǎng)格模型的網(wǎng)格向量獲取網(wǎng)格模型內(nèi)部的體素，并由所述網(wǎng)格模型內(nèi)部的體素組成體素模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維模型特征提取方法，其特征在于，根據(jù)各空間區(qū)域中體素的數(shù)量以及各空間區(qū)域中體素?cái)?shù)量的最大值計(jì)算體素模型的體素密度分布特征的步驟包括 根據(jù)以下公式計(jì)算各空間區(qū)域中體素的相對密度，得到體素密度分布特征的相對密度向量 Cri,. . . , rN)
4.一種三維模型檢索方法，包括以下步驟 提取待檢索模型的體素密度分布特征； 計(jì)算待檢索模型的體素密度分布特征與三維模型體素密度分布特征庫中的體素密度分布特征的距離； 獲取三維模型體素密度分布特征庫中與待檢索模型的體素密度分布特征距離最小的體素密度分布特征對應(yīng)的三維模型； 其中，所述提取待檢索模型的體素密度分布特征的步驟按照權(quán)利要求1至3中任一所述的三維模型特征提取方法提取待檢索模型的體素密度分布特征。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維模型檢索方法，其特征在于，在提取待檢索模型的體素密度分布特征的步驟之前，所述方法還包括 按照所述提取待檢索模型的體素密度分布特征的方法提取三維模型庫中三維模型的體素密度分布特征，將提取的三維模型的體素密度分布特征組成三維模型體素密度分布特征庫。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維模型檢索方法，其特征在于，計(jì)算待檢索模型的體素密度分布特征與三維模型體素密度分布特征庫中的體素密度分布特征的距離的步驟包括 分別計(jì)算待檢索模型的體素密度分布特征與三維模型體素密度分布特征庫中的體素密度分布特征的相對密度向量的歐氏距離和一階數(shù)值差分向量的歐氏距離； 將計(jì)算得到的相對密度向量的歐氏距離和一階數(shù)值差分向量的歐氏距離采用高斯模型進(jìn)行歸一化； 計(jì)算待檢索模型的體素密度分布特征與三維模型體素密度分布特征庫中的體素密度分布特征的距離為歸一化后的相對密度向量的歐氏距離與一階數(shù)值差分向量的歐氏距離的加權(quán)值，相對密度向量的歐氏距離的權(quán)值系數(shù)與一階數(shù)值差分向量的歐氏距離的權(quán)值系統(tǒng)之和等于一。
7.—種三維模型特征提取系統(tǒng)，其特征在于，包括 體素化模塊，用于對三維模型進(jìn)行體素化處理，生成體素模型； 重心獲取模塊，用于獲取體素模型的重心； 體素距離計(jì)算模塊，用于計(jì)算體素模型中每個(gè)體素到重心的距離，獲取計(jì)算得到的距離中的最大距離； 區(qū)域劃分模塊，用于生成以重心為球心、以最大距離為半徑的球體，將球體用等距離的預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)同心球面劃分為多個(gè)空間區(qū)域，所述同心球面的球心為所述重心； 體素?cái)?shù)量獲取模塊，用于計(jì)算各空間區(qū)域中體素的數(shù)量，獲取各空間區(qū)域中體素?cái)?shù)量的最大值； 分布特征計(jì)算模塊，用于根據(jù)各空間區(qū)域中體素的數(shù)量以及各空間區(qū)域中體素?cái)?shù)量的最大值計(jì)算體素模型的體素密度分布特征。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三維模型特征提取系統(tǒng)，其特征在于，所述體素化模塊包括 網(wǎng)格模型獲取單元，用于獲取三維模型的網(wǎng)格模型； 平移變換單元，用于對網(wǎng)格模型進(jìn)行平移變換，使得平移變換后坐標(biāo)系原點(diǎn)位于網(wǎng)格模型內(nèi)部；坐標(biāo)極值獲取單元，用于獲取網(wǎng)格模型的所有頂點(diǎn)的X坐標(biāo)值中的最大X坐標(biāo)值和最小X坐標(biāo)值、y坐標(biāo)值中的最大I坐標(biāo)值和最小I坐標(biāo)值、Z坐標(biāo)值中的最大Z坐標(biāo)值和最小z坐標(biāo)值； 包圍盒生成單元，用于生成以第一點(diǎn)和第二點(diǎn)為對角線的包圍盒，所述第一點(diǎn)的X坐標(biāo)為最大X坐標(biāo)值、y坐標(biāo)為最大I坐標(biāo)值、z坐標(biāo)為最大z坐標(biāo)值，所述第二點(diǎn)的組成的X坐標(biāo)為最小X坐標(biāo)值、I坐標(biāo)為最小I坐標(biāo)值、Z坐標(biāo)為最小z坐標(biāo)值； 體素切割單元，用于將生成的包圍盒均勻切割成預(yù)設(shè)大小的體素； 體素模型生成單元，用于根據(jù)網(wǎng)格模型的網(wǎng)格向量獲取網(wǎng)格模型內(nèi)部的體素，并由所述網(wǎng)格模型內(nèi)部的體素組成體素模型。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三維模型特征提取系統(tǒng)，其特征在于，所述分布特征計(jì)算模塊包括 相對密度計(jì)算單元，用于根據(jù)以下公式計(jì)算各空間區(qū)域中體素的相對密度，得到體素密度分布特征的相對密度向量(^，. . . , rN)
10.一種三維模型檢索系統(tǒng)，其特征在于，包括 體素密度分布特征提取模塊，用于提取待檢索模型的體素密度分布特征，所述體素密度分布特征提取模塊包括權(quán)利要求7至9任一所述的三維模型特征提取系統(tǒng)中的模塊； 分布特征距離計(jì)算模塊，用于計(jì)算待檢索模型的體素密度分布特征與三維模型體素密度分布特征庫中的體素密度分布特征的距離； 匹配模型獲取模塊，用于獲取三維模型體素密度分布特征庫中與待檢索模型的體素密度分布特征距離最小的體素密度分布特征對應(yīng)的三維模型。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三維模型檢索系統(tǒng)，其特征在于，所述體素密度分布特征提取模塊還用于提取三維模型庫中三維模型的體素密度分布特征； 所述系統(tǒng)還包括體素密度分布特征庫生成模塊，用于將提取的三維模型的體素密度分布特征組成三維模型體素密度分布特征庫。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三維模型檢索系統(tǒng)，其特征在于，所述分布特征距離計(jì)算模塊包括 歐氏距離計(jì)算單元，用于分別計(jì)算待檢索模型的體素密度分布特征與三維模型體素密度分布特征庫中的體素密度分布特征的相對密度向量的歐氏距離和一階數(shù)值差分向量的歐氏距離； 歸一化單元，用于將計(jì)算得到的相對密度向量的歐氏距離和一階數(shù)值差分向量的歐氏距離采用高斯模型進(jìn)行歸一化； 分布特征距離計(jì)算單元，用于計(jì)算待檢索模型的體素密度分布特征與三維模型體素密度分布特 征庫中的體素密度分布特征的距離為歸一化后的相對密度向量的歐氏距離與一階數(shù)值差分向量的歐氏距離的加權(quán)值，相對密度向量的歐氏距離的權(quán)值系數(shù)與一階數(shù)值差分向量的歐氏距離的權(quán)值系統(tǒng)之和等于一。
全文摘要
一種三維模型特征提取方法，包括以下步驟對三維模型進(jìn)行體素化處理，生成體素模型；獲取體素模型的重心；計(jì)算體素模型中每個(gè)體素到重心的距離，獲取計(jì)算得到的距離中的最大距離；生成以重心為球心、以最大距離為半徑的球體，將球體用等距離的預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)同心球面劃分為多個(gè)空間區(qū)域，所述同心球面的球心為所述重心；計(jì)算各空間區(qū)域中體素的數(shù)量，獲取各空間區(qū)域中體素?cái)?shù)量的最大值；根據(jù)各空間區(qū)域中體素的數(shù)量以及各空間區(qū)域中體素?cái)?shù)量的最大值計(jì)算體素模型的體素密度分布特征。此外，還提供一種三維模型特征提取系統(tǒng)。上述方法和系統(tǒng)提取的特征的精度不受三維模型的縮放和旋轉(zhuǎn)的影響。
文檔編號G06T17/00GK103065353SQ20121056304
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月22日
發(fā)明者張寶運(yùn), 李曉明, 胡金星, 修文群, 彭大為 申請人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院