[发明专利]一种三维模型表征方法、检索方法及检索系统

说明书

技术领域

本发明涉及信息检索及可视化技术领域，尤其涉及一种三维模型表征方法、检索方法及检索系统。

背景技术

早在上个世纪90年代，三维模型就已作为一种有效的表现形式广泛应用于工业设计、三维动画、历史文物保护等多种领域。随着三维模型数据库规模的逐渐扩大，对三维模型检索的需求也愈加急迫，高精度高效率的三维模型检索已经成为当前研究的一个热点。通常，三维模型检索采用三维模型特征提取算法，提取出三维模型的形状特征描述符，通过比较三维模型间的形状特征描述符来检索出形状相似的三维模型。在计算机动画、虚拟现实、三维游戏等领域的实践应用中，三维模型，尤其是具备铰链、关节等结构、变化性较强的三维模型，易受到刚性变换（rigid or iso metric transformations），从而发生形变，这类三维模型被定义为非刚性三维模型，参见图1。现有的大部分三维模型特征提取技术都不适用于非刚性三维模型，这是因为当前特征提取算法大多基于三维模型的点集信息和视图信息，而点集信息和视图信息均不能承受刚性变换。当三维模型发生形变后，其点集和视图信息都将发生改变，导致在刚性变换前后所提取出的特征存在很大差异，形状特征描述符相去甚远，不能保证非刚性模型检索的准确性。因此，针对非刚性三维模型检索的研究意义重大。

现有的非刚性三维模型检索技术包括一种基于热核特征的非刚性三维模型检索技术，该方法通过使用热核特征提取算法（Heat Kernel Signa ture，简称HKS）来提取三维模型的热核特征。热核特征提取算法源自于热核（Heat Kernel）——热扩散（heat diffusion）的基本解。热核具备很多优质特性：能够通过多尺度的方式将模型几何特征组织起来、极具稳定性，并且热核特征能够承受刚性变换。因此，将热核作为三维模型的特征可用于检索非刚性三维模型。

然而，现有的热核特征提取算法在表示三维模型的结构特征时具有一定的局限性。现有技术中都是在点集的基础上运用热核特征提取算法，所得到的热核特征仅限于体现三维模型的表面信息，而对于那些具有孔、洞等结构的三维模型来说，则很难体现其内部特征。此外，由于热核需要计算三维模型的拉普拉斯-贝特拉密算子，其计算量大且复杂度高，而现有的单机环境通常限制了计算速度，使得热核特征提取算法实施起来效率较低。

发明内容

为解决上述问题，根据本发明的一个实施例，提供一种三维模型表征方法，该方法包括：

步骤1）、根据三维模型的体素之间的热量传递计算每个内部体素的热核特征值；

步骤2）、选择热核特征值小于预定阈值的内部体素作为骨架体素；由骨架体素、骨架体素的热核特征值以及骨架体素之间的热量传递构成该三维模型的热核骨架特征描述符。

在一个实施例中，所述三维模型表征方法还包括：

步骤0）、将三维模型体素化，得到该三维模型的内部体素。

在一个实施例中，在步骤1）中，使用MapReduce计算每个内部体素的热核特征值。

在进一步的实施例中，步骤1）包括：

步骤11）、在Map阶段，并行地计算在一定时间内三维模型的每个体素传递至该三维模型所有体素的热量；

步骤12）、对Map的输出进行排序并将结果输入Reduce；以及

步骤13）、在Reduce阶段，将每个内部体素从其他体素传递得到的热量汇总，得到内部体素的热核特征值。

根据本发明的一个实施例，还提供一种三维模型检索方法，包括：

步骤A）、根据权利要求1-4中任何一个所述的三维模型表征方法得到待检索三维模型的热核骨架特征描述符；

步骤B）、基于所述待检索三维模型的热核骨架特征描述符，将所述待检索三维模型与数据库中的每个三维模型的热核骨架特征描述符进行匹配，检索出与所述待检索三维模型相似的三维模型。

在一个实施例中，在步骤B）中，将待检索三维模型与数据库中的一个三维模型进行匹配包括：

步骤a）、根据骨架体素分别构建所述待检索三维模型和该数据库中的三维模型的骨架图G₁和G₂；

步骤b）、根据骨架体素的热核特征值以及骨架体素之间的热量传递构建骨架图G₁和G₂的关联图H_v，检测关联图H_v的最大团得到骨架图G₁和G₂的最大公共子图；