专利名称：用感性三维形状描述检索三维图形模型数据库的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三维(3D)图形，特别涉及一种感性三维形状描述方法，以及用于检索通过使用所述描述方法建立的三维图形模型数据库，以便检索到与查询模型类似的模型的方法和设备。
背景技术：
随着3D图形技术领域的开发和相关技术领域的扩展，待要管理的3D图形对象的数目成几何地增加。因此，需要有效地存储、管理和再利用许多3D图形对象的技术。
根据MPEG-7，建议并采用Shape3D作为三维形状描述和数据库检索的国际标准。一般说来，3D图形模型可以表示为包括顶点和表面的多边形网格。Shape3D定义了上述多边形网格的形状谱，该形状谱是在网格模型的整个表面上计算的形状指数的直方图。
然而，随着Shape3D的出现也产生了某些问题。首先，所述形状谱表示三维对象的局部表面的几何属性，而无法提供全部的、空间的信息，因此降低了形状甄别率。图1说明了Shape3D的有限形状甄别率的一个范例。在图1中，(a)和(b)分别表示三维对象，而(c)和(d)分别表示对象(a)和(b)的形状谱。由(a)和(b)显而易见的是，“机器人”模型和“鳄鱼”模型具有截然不同的形状。然而，如图1的(b)和(d)中所示，他们的形状谱彼此非常相似。“机器人”和“鳄鱼”模型的形状谱之间的定量差异仅仅是0.025981。换言之，当使用“机器人”对象作为检索查询的时候，可能非期望地将“鳄鱼”作为最类似的、即在检索结果之中具有高相似性等级的、对象之一检索出来。所检索到的形状与实际的查询形状没有相似性。因此，由于实际的形状和其形状谱之间不具有相关性，所以使用Shape3D不适合用于使用按粗略描画的查询或者按编辑的查询进行检索。
发明内容
本发明提供一种高效的感性三维(3D)形状描述方法，其可以用于三维图形模型数据库的管理。
本发明还提供一种方法和设备，用于检索使用上述方法建立的3D图形模型数据库，以便检索到与查询模型相似的模型。
在本发明的一个方面中，提供了一种感性三维形状描述方法，所述方法包括产生分别对应于三维形状模型的基于部分表示的部分的节点，所述节点包括所述部分的一元属性；产生包括节点之间关系属性的边缘；以及产生由所述节点和边缘组成的三维形状模型的属性相关图形。
根据本方法的具体实施例，每一节点可以被表示为以体积、凸起度和两个偏心率为参数的椭球体。所述节点的一元属性可以至少包括体积、偏心率和凸起度。每一节点的一元属性可以包括与形成椭球体的体元在3D主轴上的分布程度相对应的方差、椭球体的原点以及所述节点在面向对象坐标制中的变换。所述关系属性可以至少包括节点之间的距离，椭球体的第一主轴之间的角度，以及椭球体的第二主轴之间的角度。节点的一元属性可以被量化到预定位数。
在本发明的另一方面，提供了一种计算机可读介质，其具有通过上述方法形成的感性三维形状描述信息。
在本发明的另一方面，提供了一种用于对通过上述方法描述的三维图形模型数据库进行检索的方法，所述检索方法包括接收所输入三维图形模型；将所接收的3D图形模型变换为感性三维形状描述信息；将所述感性三维形状描述信息与每一个存储在数据库中的图形模型的感性三维形状描述信息进行比较，以便检索到与输入相似的三维图形模型。
根据所述检索方法的具体实施例，接收到的所输入三维图形模型可以包括用户借助于交互工具设计和输入三维图形模型。由所接收的三维图形模型到感性三维形状描述信息的变换可以包括，必要时，由用户编辑的所变换三维形状描述信息。
将所述感性三维形状描述信息与每一个三维图形模型的三维形状描述信息进行比较，从而检索到的三维图形模型可以包括将节点的体积定义为加权值；以及将已变换感性三维形状描述信息与每一个使用双EMD(earth mover′s distance)方法存储在数据库中的三维图形模型的感性三维形状描述信息进行比较，从而检索到与感性三维形状描述信息相似的三维图形模型。在该情况下，所述双EMD方法包括产生查询图形的查询节点与模型图形的模型节点之间的距离矩阵(内EMD)；以及通过基于所述距离矩阵计算从查询节点到模型节点移动加权值(加权值转移)所需的工作量，来测量查询图形与模型图形之间的相似性(外EMD)。
在内EMD方法中距离矩阵的产生可以包括提取感性三维形状描述信息的查询图形的查询节点与存储在数据库中的每一三维图形模型的模型图形的模型节点，并设定彼此相比较的特定查询节点和特定模型节点的组合；以及通过测量每一组合的查询和模型节点之间的距离产生所述距离矩阵。通过测量每一组合的查询和模型节点之间的距离的所述距离矩阵的产生可以包括构造查询和模型节点的属性向量之间的差值的绝对值的第一距离矩阵，从而计算每一组合的查询和模型节点之间的距离；构造具有以节点关系属性为参数的轴的向量空间；将查询节点和模型节点表示为各自向量空间中的点集；在每一向量空间中设定一个假想节点，所述假想节点与其他所有点隔开相等距离；通过计算向量空间中诸点之间的欧几里得距离构造第二距离矩阵；以及通过将所述第一和第二距离矩阵求和，从而产生所述距离矩阵。
在所述外EMD方法中所述查询图形和模型图形之间的相似点的测量可以包括基于所述距离矩阵以及查询节点和模型节点的加权值，计算从查询节点到模型节点的移动加权值(加权值转移)所需的工作量；以及计算所有节点的工作量作为相似性。
在本发明的另一方面，提供了一种计算机可读介质，在其上实现了一种用于上述检索感性三维图形模型数据库的方法的计算机程序。
在本发明的另一方面，提供了一种用于检索通过所述描述方法描述的三维图形模型数据库的设备，所述设备包括查询输入单元，其接收三维图形模型的查询；模型/形状描述信息变换单元，其将所接收的作为查询的3D图形模型变换为感性三维形状描述信息；匹配单元，其将所述感性三维形状描述信息与每一个存储在数据库中的三维图形模型的感性三维形状描述信息进行比较，从而检索到与所述感性三维形状描述信息相似的模型；以及模型输出单元，其输出检索到的模型。
根据所述设备的具体实施例，查询输入单元可以允许用户借助于交互工具设计和输入三维图形模型。所述模型/形状描述信息变换单元可以包括必要时允许用户编辑感性三维形状描述信息的形状编辑器。所述匹配单元可以包括加权值转换器，其将节点的加权值定义为加权值；模型检索器，其使用双EMD方法将查询模型的感性三维形状描述信息与每一个存储在数据库中的三维图形模型的感性三维形状描述信息进行比较，从而从数据库中检索到与所述感性三维形状描述信息相似的模型。
本发明的上述及其他特征和有益效果，将通过参照附图对其实施例的详细说明而变得显而易见，其中图1示例性地图示了Shape3D的有限形状甄别率；图2示出在本发明中采用的形状存放算法；图3示出产生基于部分的“母牛”模型表示的范例；图4是图示根据本发明的一个实施例的感性三维形状描述的方法的流程图；图5示出定义感性三维形状(P3DS)描述信息的两个节点之间关系属性的边缘属性；图6是用于P3DS描述信息的二进制表示形式的表格；图7是根据本发明的一个实施例的用于检索三维图形模型数据库的设备的方框图；图8是检索根据本发明的图7中设备中的三维模型数据库的流程图；图9是计算查询和模型图形之间相似性的流程图；图10示出向量空间，在所述向量空间中计算内双地面移动的距离(EMD)和节点之间的关系属性；图11示出根据图10中的向量空间构造的距离矩阵的范例；图12示出在检索系统和检索结果中使用粗略描画查询的范例；图13举例说明原始的3D网格对象模型和它们的以属性相关图形(ARG)所表示的P3DS描述信息；图14示出为不同尺寸的“三角龙”模型产生P3DS描述信息的范例；图15示出用于其中之一包含噪音而另一个被变形的“三角龙”模型的P3DS描述信息的范例；以及图16比较地说明根据本发明的P3DS描述信息和传统的Shape3D描述信息之间的数据库检索性能，这是通过牛眼性能(BEP)和平均归一匹配检索率(ANMRR)测定的。
具体实施例方式
在一种根据本发明的、可以被用于三维图形模型数据库管理的高效三维(3D)形状描述方法中，三维对象被变换为基于部分的表示，然后被变换为包括节点和边缘的属性相关图形(ARG)。本描述方法与人类视觉机制非常相似，因此被称作“感性三维形状描述信息”。
现在将描述感性形状描述符的产生。三维形状的基于部分的表示能够实现对对象的感性识别，并且独立于旋转、平移、不均匀比例缩放、变换、局部删除等等。该基于部分的表示被用于高质量三维对象形状表示的中间步骤。迄今为止开发的各种常规算法可以被大致分类为基于表面形状的分解(morphology-based decomposition)和基于骨架的分解(skeleton-baseddecomposition)。
根据本发明，利用了一种新算法，将三维对象的形状分解为部分。该分解算法包含使用计算的数学形态和加权的凸起度递归地执行约束的形态分解(CMD)。接下来，基于加权凸起度差值(WCD)确定是否合并分解的相邻部分。因而，使用该分解算法可以更加适应性地和简单地表示三维对象的形状。如图2中所示，该分解算法包括三个阶段。在图2中，箭头指示二值图像的处理流程。递归分解阶段(RDS)210在初始分解阶段(IDS)200之后，并持续到QUEUE I是空。接下来，为了简单的、高质量的表示，在QUEUE II中剩余的分解部分上执行循环合并阶段(IMS)220。图3逐步地示出用于“母牛”模型的基于部分表示的实例。在图3中，(a)和(b)分别是母牛模型的网格和体元(voxel)表示，(c)、(d)和(e)分别示出IDS、RDS和IMS的结果，而(f)是最终产生的用于母牛模型的属性相关图形(ARG)，其中椭球体的节点和连接节点的边缘与相应的分解部分近似。
图4示出根据本发明的实施例的感性三维形状说明的方法的流程图。所述方法大致包括产生节点(步骤400)，产生边缘(步骤410)，和产生ARG(步骤420)。在步骤400中，产生了分别对应于基于部分表示的三维形状模型的诸部分、并包括对应部分的一元属性的节点。在步骤410中，产生了定义节点之间关系属性的边缘。在步骤420中，表示出包括这些节点和边缘的ARG。具体来讲，基于以上所述的基于部分表示实现了用于给定三维模型的感性三维形状描述。所述三维形状描述信息被表示为包括节点和边缘的ARG。ARG的节点表示三维模型的分解部分和这些部分的一元属性，而边缘表示这些节点之间的关系属性。在根据本发明的一个实施例中，感性三维形状描述信息使用根据连接节点的主轴之间的几何关系导出的四个一元属性和三个关系属性。
详细来讲，节点被表示为参数为体积v、凸起度c以及偏心率e1和e2的椭球体a。所述凸起度c被定义为体积相对于节点凸形外壳的比率。当第一、第二和第三主轴上的节点的方差分别由a、b和c表示的时候，其中，a≥b≥c，则偏心率e1和e2可以如以下等式(1)和(2)表示。
e1=1-c2/a2---(1)]]>e2=1-c2/b2---(2)]]>图5示出定义感性形状描述信息的两个节点之间关系属性的边缘属性。这些边缘属性是基于图5中两个椭球体之间的几何关系提取的。具体来讲，两个椭球体中心之间的距离，所述椭球体的第一主轴之间的角度以及所述椭球体的第二主轴之间的角度被用作所述边缘属性。此外，各个节点的一元属性和边缘中的关系属性被归一化为0至1的范围内。
图6是用于感性三维形状描述信息(P3DS)的二进制表示形式的表格。在图6中，面向对象坐标系中的体积、中心点、偏变换式(partial transform)、每一主轴上的方差，以及凸起度构成一元节点属性。所述方差为构成椭球体的体元在每一3D主轴上的分布程度。在本实施例中，P3DS描述信息可以具有的最大节点数目(Nnodes)被设置为32。为了减少用于存储P3DS描述信息的存储器容量，每一一元属性被量化为预定位数，最好为8位。通过如图6的范例中那样假定所有属性被量化为8位并假定P3DS描述信息具有5个节点，P3DS描述信息仅仅具有72字节的尺寸。替换地，可以为属性分配不同个数的量化位。通过根据本发明的感性三维形状描述方法描述的三维形状数据可以被记录在计算机可读介质里。
现在将说明根据本发明的用于检索三维图形模型数据库的方法和设备。所述三维图形模型数据库存储了使用上述P3DS描述信息描述的三维图形模型。
图7是根据本发明的实施例的用于检索三维图形模型数据库的设备的方框图。图7中的设备包括查询输入单元700，模型/形状描述信息变换单元710，匹配单元720，以及模型输出单元730。
所述查询输入单元700接收查询，所述查询是三维图形模型。用户可以借助于交互工具设计和输入三维图形模型。所述模型/形状描述信息变换单元710将所述作为查询输入的三维图形模型变换为P3DS描述信息。所述模型/形状描述信息变换单元710必要时可以包括用于允许用户编辑被变换的形状描述信息的形状编辑器705。
所述匹配单元720比较已变换的P3DS描述信息与存储在数据库中的三维图形模型的每一感性三维形状描述信息，从而发现与被变换的P3DS描述信息相似的模型。所述匹配单元720包括加权值转换器722和模型检索器724。所述加权值转换器722将节点体积定义为加权值。所述模型检索器724使用双地面移动距离(EMD)方法，比较被变换的P3SD描述信息与数据库中每一感性三维图形模型，从而发现与被变换的感性三维形状描述信息相似的模型。所述模型输出单元730输出被检索到的相似模型。
现在将描述用于检索上述设备中的三维模型数据库的方法。图8是用于检索根据本发明的上述设备中的三维模型数据库的流程图。
首先，接收查询三维图形模型(步骤800)。替换地，用户可以借助于交互工具绘制并输入三维图形模型作为查询(步骤810)。所述三维图形模型被变换为P3DS描述信息(步骤820)。如果用户想编辑被变换的P3DS描述信息(步骤830)，则可以编辑所述被变换的P3DS描述信息(步骤840)。
接下来，所述被变换的P3DS描述信息与存储在数据库中的三维图形模型的每一感性三维形状描述信息相比较，以便查找相似的模型(步骤850)。输出所查找到的相似模型(步骤860)。
将参照图9详细说明检索数据库的处理，图9是计算查询和模型图形之间相似性的流程图。
在数据库中检索相似模型的步骤850包括接收一对图形(步骤900)，定义节点体积为加权值(步骤910)，使用双EMD方法比较被变换的P3DS描述信息与每一感性图形模型(步骤920)，以及查找与被变换的P3DS描述信息相似的模型(步骤930)。
使用双EMD方法进行比较的步骤920包括产生查询图形的查询节点与模型图形的模型节点之间距离的距离矩阵的内EMD步骤(步骤922)，以及基于所述距离矩阵中的节点属性测量查询和模型图形之间相似性的外EMD步骤(步骤924)。
所述内EMD步骤922包括提取P3DS描述信息中的查询图形的查询节点以及存储在数据库中的三维图形模型的每一感性三维形状描述信息中的模型图形的模型节点，设定彼此作比较的查询和模型节点的组合(步骤926)，以及为每一组合测量欧几里得距离从而产生距离矩阵(步骤928)。
产生距离矩阵的步骤928包括构造具有查询和模型节点的属性向量之间差值的绝对值的第一距离矩阵(步骤933)，利用轴构造向量空间，该轴的参数定义为通过每一图形的边缘属性的关系属性(步骤934)，将查询节点和模型节点表示为向量空间中各自的点集(步骤936)，在每一向量空间中指定一个假想节点，所述假想节点与各点中的每一点间隔相同的相隔距离(步骤938)，计算向量空间中的欧几里得距离，以便构建第二距离矩阵(步骤940)，以及将所述第一和第二距离矩阵组合为一个距离矩阵(步骤942)。
使用外EMD执行的步骤924包括基于距离矩阵和节点的加权值为每一节点计算将查询图形变换为模型图形所需要的工作量(步骤930)，以及通过为所有节点计算总工作量来测量查询和模型图形之间的相似性(步骤932)。
现在将详细说明用于匹配查询图形与存储在数据库中的模型图形的双EMD方法。一般图形匹配技术包含三个步骤。第一步骤是基于每对查询和模型节点之间的一元属性或者关系属性的差值，构造查询图形的查询节点与模型图形的模型节点之间的距离矩阵。第二步骤是基于第一步骤中构造的距离矩阵建立查询与模型节点之间的对应性。如果在第二步骤中建立一一映射关系，一般使用双向的匹配技术(bipartite matching technique)。最后的步骤是基于对应的查询和模型节点之间的差异提取查询和模型图形之间的不相似性。
迄今为止已经开发出多种算法，这些算法可以被单独地或者合作地运用于上述每一步骤。然而，为了提高所述P3DS描述信息的匹配性能并在实际检索系统中使用它，需要在第二步骤中在查询和模型节点之间建立多对多映射关系。考虑到多对多映射，当节点和边缘的数目在查询和模型图形之间是不同的时候，可以实现更加精确的匹配和检索。EMD方法是一种用于在查询和模型节点之间多对多映射的非常有用的算法。
作为节点的一元属性之一的体积被定义为加权值，以便使用EMD确定查询和模型图形之间的不相似性。使用另一EMD构造用于定义查询和模型节点的对应性的距离矩阵。用于确定查询和模型图形之间不相似性的前一EMD被称为外EMD，用于构造距离矩阵的后一EMD被称为内EMD。这种包含使用上述EMD进行的两个步骤的匹配技术被称为双EMD方法。使用所述双EMD方法测量查询和模型图形之间相似性的处理如下。
内EMD被如下定义。查询图形的任意一个查询节点Nq(参见图10)和模型图形的任意一个模型节点Nm之间的距离被作为两个不同的距离的总和来计算。开始，距离矩阵被构造为查询和模型节点的属性向量之间的差值的绝对值，以便根据节点属性计算图形之间的相似性。接下来，构造了轴的向量空间，该轴采用以对应图形的节点的边缘属性来定义的关系属性为参数，以便根据边缘属性计算图形之间的相似性。在图10中，图10中的坐标系的三个轴是以一个距离和两个角度为参数的，所述距离和角度属于节点的关系属性。任意查询节点Nq和连接到该任意查询节点Nq的查询节点可以表示为其它向量空间之一中的点集，而任意模型节点Nm和连接到该任意模型节点Nm的模型节点可以表示为其他向量空间中的一个点集。所述任意查询节点Nq和模型节点Nm分别位于所述向量空间的原点。在每一向量空间中设置一个与其他连接节点间隔恒定距离d的假想节点，在图10中由空白圆圈表示。这是用于获取每一向量空间中的加权值的总和，所述总和等于1，这还用于免除了对于与任意查询节点(Nq)或者模型节点(Nm)不连接并且在图10中没有出现的节点的加权值转移。换言之，对于两个具有相似连接结构、但具有非常不同的体积的对象，有意地减少了这些对象之间的相似性。图11中所示的距离矩阵由在向量空间中定义的欧几里得距离组成。任意查询和模型节点Nq和Nm之间的距离可以基于图10中的节点加权值和图11中的距离矩阵计算。
在为查询和模型图形中的所有节点计算内EMD之后，基于距离矩阵计算从查询节点到模型节点移动加权值(加权值转移)所需要的工作量。查询和模型图形之间的不相似性被定义为对于所有节点的总工作量。
本发明中使用的、用于从数据库中检索相似的三维模型的P3DS描述信息的功能优于传统方法。本发明中使用的P3DS描述信息的最显著的特征在于，它完全地符合人类形状认知机制。因此，可以根据本发明使用所述P3DS描述信息描述三维模型的拓扑形状，并获取正确的检索结果。举例来说，如果P3DS描述信息包含有关由6个部分组成的对象的信息，举例来说所述6个部分包括一个头部部分，四个腿部部分，以及一个尾部部分，通过P3DS描述信息描述的所述对象可以被识别为具有动物形状，并且可以从数据库中检索出动物形状。
P3DS描述信息的人类可读性使得能够基于例如通过粗略描画的查询、通过编辑的查询等等进行各种类型的形状检索。在易于建立和编辑的基于部分表示中，通过将部分表示为球体、椭球体、方框、圆柱体等等、并建立它们的连接关系，使用户更加轻松的构造查询。这种构造出的查询被直接地变换为P3DS描述信息，并被传输到检索引擎。替换地，所述P3DS描述信息可以被用户以交互方式来编辑，并被应用于另一种检索。
图12示出一种使用粗略描画查询的检索系统的范例，其中(a)表示粗略描画查询，(b)表示包括最相似的、第一等级的模型的检索结果，而(c)表示(b)中检索到的模型的ARG形式。尽管没有示出，但是其他具有高相似性的检索结果具有与图12中的(b)相似的结构。用户可以通过使用鼠标点击期望节点的位置来概略画出一个简单的拓扑结构。图12中的范例确认所述允许使用概略画出的查询的P3DS描述信息的有用性和可行性。
基于根据本发明的感性三维形状描述信息执行的模拟测试的结果如下。在模拟测试中，产生了P3DS描述信息。图13示出原始的三维网格对象模型及其用ARG形式表示的P3DS描述信息。图13中明显示出，在网格模型和P3DS描述信息之间存在感性的相关性。换言之，可以根据它们的P3DS描述信息精确地感觉出一个人或者一架直升机。在图14中，(a)和(b)分别是图13中三维对象(f)的放大和缩小形式。然而，它们可以被表示为图14中(c)所示出的相同的P3DS描述信息，而与它们的尺寸无关。图15示出当对象包括噪声分量以及被变换的时候P3DS描述信息的范例。图15的(a)中的对象与图13的(f)中的原始三维对象相比具有包含噪声的顶点，图15的(b)中的对象具有比原始的三维对象更长的角，而图15的(c)中的对象具有比原始的三维对象更长的腿。从图15的(d)、(e)和(f)可以看出，产生的P3DS描述信息反映出了与原始对象的变化，其反映程度之好，使得可以根据所述P3DS描述信息类推出原始的对象。模拟测试的上述结果表明，根据本发明的P3DS描述信息可以精确地描述三维对象的形状，而与尺寸变化、噪声和变形无关，并且与原始对象感性地相关。此外，可以利用P3DS描述信息的ARG表示检索三维模型数据库，并提供符合人类视觉感知机制的检索结果。
现在将说明根据本发明的用于检索P3DS模型数据库的方法。为了估计P3DS描述信息的数据库检索性能，使用当前由MEPG-7使用的数据库实施数据库检索测试。所使用的数据库包括3,903个三维图形模型，所述三维图形模型被以4级结构分类，所述4级结构包括8个顶类别和102个叶类别。采用由MPEG-7使用的牛眼性能(BEP)和平均归一化匹配检索速率(ANMRR)作为性能估算测量方法。查询模型所属的叶类别被用作真值。更高的BEP分数和更低的ANMPP分数意味着更加有效的性能。
图16比较性示出对于一组366个查询模型来讲根据本发明的P3DS描述信息和传统的Shape3D描述信息之间的检索性能。所使用的查询模型属于10个选定的叶类别。正如图16中明显示出的，通过BEP和ANMRR测量出的、根据本发明的P3DS描述信息的性能绝对地优秀，并优于传统的Shape3D描述信息。
如上所述，根据本发明的P3DS描述方法允许用户使用粗略画出的或者编辑的查询，这超过了传统方法。本发明的优点在与基于内容的数据库检索结合时，是非常重要的。
此外，根据本发明，双EMD技术被用于查询和模型表示的匹配，以致可以从数据库中更加精确地检索出与查询图形相似的模型图形。
此外，根据本发明，利用了几何信息和拓扑信息两者，并且可以通过查询和模型图形之间的节点的多对多映射改善了检索系统的性能。
可以在通用数字计算机中通过执行来自计算机可读介质的程序来具体实施本发明，所述介质包括但不局限于诸如磁存储介质(例如ROM、软盘、硬盘等等)、光学可读介质(例如CD-ROM，DVD，等等)和载波(例如因特网上的传输)之类的存储媒体。
虽然已经参照其典型实施例示出和说明了本发明，但是本领域普通技术人员可以理解其中不脱离本发明如以下附权利要求书中所定义的精神和范围，而在形式和细节上做出的各种改进。
权利要求
1.一种感性三维(3D)形状描述方法，该方法包括产生分别对应于三维形状模型的基于部分表示的诸部分的节点，所述节点包括部分的一元属性；产生包括节点之间关系属性的边缘；以及产生由所述节点和所述边缘组成的三维形状模型的属性相关图形。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于每一节点是通过以体积、凸起度和偏心率为参数的椭球体表示的。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述节点的一元属性至少包括体积、偏心率和凸起度。
4.如权利要求2所述的方法，其中每一节点的一元属性包括，对应于由椭球体近似表示的体元在3D主轴上的分布程度的方差，椭球体的原点，以及所述节点在面向对象坐标系统中的变换。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述关系属性至少包括，节点之间的距离，椭球体的第一主轴之间的角度，以及椭球体的第二主轴之间的角度。
6.如权利要求1所述的方法，其中节点的一元属性被量化到预定位数。
7.一种计算机可读介质，其具有通过根据权利要求1至6中任何一项所述的方法所形成的感性三维(3D)形状描述信息。
8.一种用于检索三维(3D)图形模型数据库的方法，所述三维(3D)图形模型是通过权利要求1至6中任何一项中的方法描述的，所述方法包括接收查询三维图形模型；将接收的三维图形模型变换为感性三维形状描述信息；以及将所述感性三维形状描述信息与存储在数据库中的三维图形模型的每一感性三维形状描述信息进行比较，以便检索到与所述感性三维形状描述信息相似的三维图形模型。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述查询三维图形模型的接收包括用户借助于交互工具设计和输入三维图形模型。
10.如权利要求8所述的方法，其中所接收的三维图形模型到感性三维形状描述信息的变换包括，必要时，用户编辑所述被变换的三维形状描述信息。
11.权利要求8所述的方法，其中将所述感性三维形状描述信息与三维图形模型的每一感性三维形状描述信息进行比较，从而检索到所述三维图形模型，该方法包括将节点的体积定义为加权值；以及使用双地面移动距离方法将所述经变换的感性三维形状描述信息与存储在数据库中的三维图形模型的每一感性三维形状描述信息进行比较，以便检索到与所述感性三维形状描述信息相似的三维图形模型，其中所述双地面移动距离方法包括产生查询图形的查询节点和模型图形的模型节点之间的距离矩阵；以及通过基于距离矩阵计算从查询节点到模型节点移动加权值所需要的工作量来测量查询图形和模型图形之间的相似性。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述距离矩阵的产生包括提取感性三维形状描述信息中的查询图形的查询节点，以及存储在数据库中的每一三维图形模型中的模型图形的模型节点，并设置彼此相比较的查询和模型节点的组合；以及通过测量每一组合的查询和模型节点之间的距离产生距离矩阵。
13.如权利要求12所述的方法，其中通过测量每一组合的查询和模型节点之间的距离来产生距离矩阵，所述方法包括构造查询和模型节点的属性向量之间差值的绝对值的第一距离矩阵，用于计算每一组合的查询和模型节点之间的距离；构造具有以节点的关系属性为参数的轴的向量空间；将查询节点和模型节点表示为各自向量空间中的点集；在每一向量空间中设置一个假想节点，所述假想节点与所有点间隔了相等的距离；通过计算向量空间中点之间的欧几里得距离构造第二距离矩阵；以及将所述第一和第二距离矩阵求和，以产生距离矩阵。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述测量查询图形和模型图形之间的相似性包括基于所述距离矩阵以及查询图形的查询节点和模型图形的模型节点的加权值，计算从查询节点到模型节点移动加权值所需要的工作量；以及为所有节点计算总工作量作为相似性。
15.一种计算机可读介质，在其上具体实施了用于根据权利要求8至14中任何一项的方法的计算机程序。
16.一种用于检索三维(3D)图形模型数据库的设备，所述三维(3D)图形模型是通过权利要求1至6中任何一项中的方法描述的，所述设备包括查询输入单元，用于接收查询，所述查询是三维图形模型；模型/形状描述信息变换单元，其将作为查询接收的三维图形模型变换为感性三维形状描述信息；匹配单元，其将所述感性三维形状描述信息与存储在数据库中的三维图形模型的每一感性三维形状描述信息进行比较，以便检索到与所述感性三维形状描述信息相似的模型；以及模型输出单元，其输出检索到的模型。
17.如权利要求16所述的设备，其中所述查询输入装置允许用户借助于交互工具设计和输入三维图形模型。
18.如权利要求16所述的设备，其中所述模型/形状描述信息变换单元包括如果需要时允许用户编辑感性三维形状描述信息的形状编辑器。
19.如权利要求16所述的设备，其中所述匹配单元包括加权值转换器，其将节点的加权值定义为加权值；以及模型检索器，其使用双地面移动距离方法，将感性三维形状描述信息与每一个存储在数据库中的三维图形模型的感性三维形状描述信息进行比较，以便从数据库中检索到与所述感性三维形状描述信息相似的模型，其中所述双地面移动距离方法包括产生查询图形的查询节点和模型图形的模型节点之间的距离矩阵；以及通过基于距离矩阵计算将查询图形变换为模型图形所需要的工作量，来测量查询图形和模型图形之间的相似性。
20.如权利要求19所述的设备，其中所述距离矩阵的产生包括提取感性三维形状描述信息中的查询图形的查询节点，以及存储在数据库中的每一三维图形模型的感性三维形状模描述信息中的模型图形的模型节点，以设置彼此相比较的查询和模型节点的组合；构造查询和模型节点的属性向量之间差值的绝对值的第一距离矩阵，用于计算每一组合的查询和模型节点之间的距离；构造具有以节点的关系属性为参数的轴的向量空间；将查询节点和模型节点表示为各自的向量空间中的点集；在每一向量空间中设置一个假想节点，所述假想节点与所有点间隔了相等的距离；通过计算向量空间中点之间的欧几里得距离构造第二距离矩阵；以及将所述第一和第二距离矩阵组合，以产生距离矩阵，以及所述测量查询图形和模型图形之间的相似性包括基于所述距离矩阵以及查询图形的查询节点和模型图形的模型节点的加权值，计算从查询节点到模型节点变换所需要的工作量；以及为所有节点计算总工作量作为相似性。
全文摘要
提供了一种感性三维(3D)形状描述的方法，以及一种用于检索使用所述描述方法建立的感性三维图形模型数据库的方法和设备。所述描述方法包括产生分别对应于三维形状模型的基于部分表示的部分的节点，所述节点包括所述部分的一元属性；产生包括节点之间关系属性的边缘；以及产生由所述节点和边缘组成的三维形状模型的属性相关图形。所述检索方法包括接收预定的三维图形模型；将所接收的三维图形模型变换为感性三维形状描述信息；自动数值判定比较所述感性三维形状描述信息与存储在数据库中的每一感性三维图形模型，以检索与所述感性三维形状描述信息相似的三维图形模型。
文档编号G06T15/00GK1527251SQ20031011473
公开日2004年9月8日 申请日期2003年12月5日 优先权日2002年12月5日
发明者朴仁圭, 金道均, 李商郁, 尹逸东, 金德勋 申请人:三星电子株式会社, 财团法人索尔大学校产学协力财团