[发明专利]基于层次聚类的二次曲面基元提取方法、系统、装置

说明书

本发明属于计算机图形处理领域，具体涉及一种基于层次聚类的二次曲面基元提取方法、系统、装置，旨在解决简单二次曲面基元检测不适定的问题。本系统方法包括获取三维模型的三角网格，将每个三角形作为一个聚类区域，得到聚类区域集合；分别将两两边相邻的聚类区域作为一个有序对，分别计算各有序对的拟合代价；选取拟合代价最小的一组有序对，将对相应的聚类区域进行拟合，作为新的聚类区域更新聚类区域集合；基于新的聚类区域集合，根据预设的迭代次数迭代计算各聚类区域的拟合代价并拟合，获取各类型聚类区域的拟合结果；基于得到拟合结果提取二次曲面基元。本发明提供一种高效的二次曲面基元检测的方法，提取了高品质的简单二次曲面基元。

技术领域

本发明属于计算机图形处理领域，具体涉及一种基于层次聚类的二次曲面基元提取方法、系统、装置。

背景技术

三角网格是计算机图形学和三维视觉中最常用的三维图形表示形式。近年来，随着三维数据采集技术在硬件和软件上的快速发展，获取高精度几何数据变得越来越容易。但是，所获得的原始数据往往规模较大，缺乏有意义的信息，难以直接用于各种实际应用。例如，在工业设计和制造应用中，由于各种原因，原有设计的三维模型可能会损坏，或者无法在其他软件中进行处理，只有三角网格仍然可以获取和使用。即使只是想实现很小的修改，也很难通过简单地调整形状参数来完成。因此，在三维场景、3D打印等众多数字技术中，从复杂的三维数据中检测和识别高品质的基元是非常必要的。

基元提取可以看作是一个网格分割问题，这个问题在过去的几十年中得到了广泛的研究。针对不同的任务提出了不同的标准，例如，近似保真度和区域光滑度是逆向工程和形状近似的主要关注点，3D打印要求每个部分的可打印性和尺寸约束，形状分析通过沿脊谷线分割形状，而场景理解则对高级原语进行语义标注。与之对应，目前也存在大量网格分割算法和基元提取算法，例如凸分解算法(J.-M.Lien,N.M.Amato,Approximate convexdecomposition of polyhedral and its applications,Comput.Aided Geom.Des.25(7)(2008)503–522.)、参数化提取算法中关于平面(C.-S.David,A.Pierre,D.Mathieu,Variational shape approximation,ACM Trans.Graph.(SIGGRAPH)23(3)(2004)905–914.)、关于球面和柱面(L.K.Wu,Jianhua,Structure recovery via hybrid variationalsurface approximation,Comput.Graph.Forum 24(3)(2005)277–284.)、关于椭球体(P.D.Simari,K.Singh,Extraction and remeshing of ellipsoidal representationsfrom mesh data,in:Proceedings of Graphics Interface,2005,pp.161–168.)或一般的二次曲面(D.-M.Yan,W.Wang,Y.Liu,Z.Yang,Variational mesh segmentation viaquadric surface fitting,Computer Aided Design 44(11)(2012)1072–1082.)，和室内/室外场景语义对象识别算法(Y.M.Kim,N.J.Mitra,D.-M.Yan,L.J.Guibas,Acquiring 3Dindoor environments with variability and repetition,ACM Trans.Graph.(SIGGRAPH435 ASIA)31(6)(2012)138:1–138:11.)。

然而，简单基元的检测仍然还是一个不适定问题，对于其他类型的原语，这些方法都不容易推广。在所有这些已有方法中，层次聚类是用于基元检测的最简单和最有效的算法。尤其是对于三维模型，通过一些精心合理设计的拟合标准，自下而上地执行相邻类别的两两聚类，可以获得高品质拟合结果。

发明内容