[发明专利]一种基于全局优化的三维模型合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图像处理和计算机图形学技术领域，特别是基于全局优化的三维模型合成方法。

背景技术

作为新一代数字媒体类型，数字几何模型已在工业制造、数字娱乐、生物医药、数字文化遗产保护等诸多领域得到广泛应用。随着可共享数字几何模型的大量出现，如何实现已有模型资源的有效重用成为该领域面临的重要课题之一。三维模型检索技术是实现资源重用的基础，但它仅支持从大量资源中的模型获取问题，无法真正支持模型的重用。而实例建模技术则结合了模型特征分析、模型检索与网格编辑等数字几何处理技术，通过对已有模型的演变构建用户所需的模型，从而可支持真正意义的模型重用。近年来，国内外的研究者从不同的研究角度出发提出了很多卓有成效的方法，根据出发点的不同，概括起来，其中代表性的方法大致可以分为两类：一类是过程建模技术(Procedural modeling)，其根据一系列指令来描述实体场景模型，如文献1Chen S.D.,Ip H.H.S..Simulating vivid3D solid textures from2D growable patterns.Multimedia and Expo,ICME’04.Vol.2,Taipei,Taiwan:IEEE Computer Society Press,2004.843-846.和文献2Parish Y.I.H.,Muller P..Procedural modeling of cities.In Proc.Siggraphics2001,ACM,301-308.等介绍的，该类方法不仅可以快速高效的生成相应内容，而且还可以有效缓解和解决潜在的不断升级的内容制作成本问题。但由于采用抽象以及参数化的方式描述模型，并且大多数方法都是为了建立一些特定的实体或环境，使得算法千差万别，所以其直观性和通用性都不是很强。另一类是基于样本建模技术(Modeling by example)，它按建模要求对选定实例进行模型分析综合和交互操作而从实例中推到生成新的模型。如文献3Merrell P.Example-based model synthesis.Proceedings of the2007 symposium on Interactive3D Graphics and Games.2007,105-112.和文献4Lin J.J.,Cohen-Or D.,Hao Z.,et al.Structure-preserving retargeting of irregular3D architecture.ACM Transactions on Graphics,2011,30(6):183.等介绍的，该类方法是实现对已有模型数据重用的有效途径。

过程化建模技术早期主要用来生成木质、大理石等一些自然材质纹理模型。近年来研究主要集中在利用L系统基于语法规则进行植物、建筑物、城市等的建模。然而这类过程建模方法大多利用建模师的经验手工设计所需的规则系统，耗时耗力；同时它们大多都是为了建立一些特定的实体或环境而设计，所以通用性不强。

与过程建模技术相比，基于样本建模技术是一种有效的对已有模型数据重用的方法。其宗旨是根据已知的样本，生成一个新的模型，并且新生成的模型并不是原样本三维模型简单的复制，但要与样本在视觉上具有相似的效果。通过对已有三维样本的合理利用，不仅可以直接确定所建模型样式，还可以简化和加速建模过程。然而该类方法仍然面临着两大问题：如何建立有效的模型表示机制描述模型的构造单元特征约束及其构造过程和如何确定合适的结构变异机制以提高模型的形变能力并进而支持用户的交互控制。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于全局优化的三维模型合成方法。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于全局优化的三维模型合成方法，该方法用于将样本三维模型合成为目标三维模型，包括以下步骤：

步骤（1），根据用户输入的样本三维模型以及属性标识将样本三维模型分为合成部分（标记为Y，即Synthesis part）和缩放部分（标记为S，即Scaling part），其中用户输入样本三维模型是包含点的三维坐标以及点的三角关系的三角网格模型。

步骤（2），对合成部分进行结构分割，得到合成部分的不同类别的空间块，每个类别的空间块对应一个标号，每个标号都产生于自然数集；

步骤（3），根据步骤（2）的分析结果，采用最大期望值算法（Expectation Maximization，EM）求解合成部分的目标二维标号阵列；