专利名称：适用于互联网搜索的三维文件格式转换方法及搜索引擎的制作方法
技术领域：
本发明属于计算机图形图像技术领域，结合三维图像分析处理技术，涉及多个应 用领域中的各种三维文件格式及数据搜索。在三维图像处理技术领域中，提出了在搜索引擎索引建立阶段便将各应用领域的 三维格式文件格式转换为统一格式后再入库，可应用于各应用行业如学术研究、工业设计、 有限元分析、3D动画设计等的三维模型数据搜索。
背景技术：
互联网的多媒体显示技术已经发展了数十年，从简单的文字显示到图片、声音预 览再到视频预览，人们更多的上网时间用在了浏览器上。随着浏览器的扩展性支持，开发式 接口的提供，flash动画、视频以及各行业的应用插件程序使得浏览器的功能更加丰富。随 着互联网技术的发展，三维图像走进人们的日常生活，三维游戏、3D电影等。其实，三维模型 在科研、工业和医学以及商业活动中早已得到广泛应用。同时，随着互联网共享资源海量增长，互联网搜索引擎已经成为人们获取网络资 源必不可少的工具，能快速而准确的搜索到用户想要的信息已成为各种商业化搜索引擎的 主要衡量标准。然而，虽然目前的互联网搜索技术在图片、文本等二维信息检索方面已经相当成 熟，但对三维资源的搜索却还在发展阶段。这是因为多数三维文件格式(stl，vrml等)主 要是为可视化而设计，文件内仅包含对象的几何、表面等可视化特征，并没有专门包含适合 自动匹配的文本标识信息。虽然可以像AutoCAD文件格式那样给模型加入一些文字信息， 但这种方法往往带有主观因素，并不适合模型检索的标准化过程。由于没有成熟的搜索引 擎为支撑，在庞大的数据库里查找所需三维模型非常困难。因此，研究三维模型搜索技术， 帮助用户快速准确地获取符合设计意图的三维模型，实现资源重用，成为当前研究的热点。
发明内容
为了实现在互联网快速准确的搜索三维模型数据，并在浏览器上快速浏览、观察 三维模型，本发明提出了一种适用于互联网搜索三维文件格式转换系统，以及一种新的基 于该格式转换系统的三维搜索引擎，具体技术方案如下—种适用于互联网搜索的三维文件格式转换方法，步骤包括1)接收三维模型文件；2)判断三维模型文件格式，根据文件格式不同选择相应的处理模块进行转换；3)相应的文件送入对应处理模块进行处理；同时进行参数设定，该参数控制转换 统一格式的文件时的细节丢弃程度；所述处理模块有多种，分别对应各种三维模型文件；对于每个处理模块，包括读取 模块和转换模块，读取模块读取文件后，经转换模块转换成统一格式的文件；各个处理模块采用统一接口 ；
4)对转换得到文件，提取基本特征，并存入统一格式的文件的基本特征表；5)最终得到所述统一格式的文件。所述统一格式的文件是sta文件，所述处理模块是sta系统；sta文件中包含基本特征表，sta系统在转换过程中便提取三维模型的基本特征数 据，存放在基本特征表里；搜索引擎选择采纳该特征数据表，或基于sta文件提取其他特征；原始三维文件转换为sta文件，转换后会损失大量细节，但保留了三维模型的主 要特征，该主要特征包括模型的结构、模块划分，轮廓；sta系统文件读取和转换部分采用统一接口，当出现需兼容的新的三维文件格式 时，只需在文件读取和转换部分加入相应的扩展模块；只要新加入转换模块符合sta系统 接口，系统即可立即支持新的三维文件格式；sta文件的格式遵守W3C中制定的标准。所述步骤幻中，参数越大，图像特征数据损失越多，转换后的sta文件体积越小；这里将该参数称为转换比参数，取值1到100之间。当转换比取值为1时，转换后 的sta文件保留原始文件的几乎所有细节，只是进行了格式转换，sta文件体积达到最大， 此时提取到的特征数据失真最小，能提取到原图像几乎所有特征，如骨架特征、几何特征 等；取值为100时，sta文件保留的细节量最小，转换失真达到最大，相应文件体积也达到最 小，此时提取到的特征数据失真也达到最大，只能提取到基本的特征数据，如统计特征等。所述步骤幻中，当出现需兼容的新的三维文件格式时，处理模块中加入相应的读 取模块/转换模块，并设置读取模块/转换模块符合sta系统接口，即可支持新的三维文件 格式转换。所述步骤4)中，提取特征时，采用统一的接口调用特征提取算法模块；当有更优 化算法时，则遵循系统接口加入新的算法模块，即可立即应用新的特征提取算法。现在常用的三维特征提取算法有PCA算法，PCA算法对三维模型坐标进行标准化， 计算其标准化的坐标框架，然后在此标准化坐标系内提取相应的特征。提取的参数类型通 常有统计特征、骨架特征、几何学特征等。所述步骤幻中，处理模块包括stl读取模块/stl转换模块、ply读取模块/ply转 换模块、vrml读取模块/Vrml转换模块或其他文件读取模块/其他文件转换模块。其中，读取模块根据文件格式打开相应文件，提取图形数据，如Stl文件由若干三 角形组成，则stl读取模块提取到文件中所有三角图形，然后送入转换模块。转换模块对提 取到的图形数据进行重组和转换，如stl文件转换模块对提取模块提取到的所有三角形进 行拼接和分割，将整个图形重新划分为若干sta文件的图形单元，最后保存为sta文件。—种基于上述适用于互联网搜索的三维文件格式转换方法的三维搜索引擎，步骤 包括1)建立基于统一格式文件的索引，得到包含特征数据和相应的统一格式文件的格 式索引文件的数据库；2)提交查询关键字或查询特征；3)根据用户提交的关键字或查询特征，提取供检索搜索的特征数据；4)比对用户提交的关键字或查询特征与所述数据库中的特征数据比对，得到查询结果。
所述步骤1)中，采用上述方法进行格式转换，得到统一格式文件的格式索引文 件；在统一格式文件的格式索引文件基础上，基于索引文件提取特征数据，然后将提取到的 特征数据和统一格式文件的格式索引文件一起存入数据库。所述统一格式文件是Sta文件。
图1是现有技术中互联网搜索引擎工作流程示意图；图2是基于Sta的索引建立流程示意图；图3是Sta系统框架示意图；图4是基于Sta的三维搜索引擎框架示意图。
具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式
对本技术方案作进一步说明。1提出三维搜索新架构1.1三维搜索引擎结构互联网搜索引擎的流程通常可以包括搜集信息、整理信息、接受查询、用户输入 查询条件、检索数据库、在浏览器呈现搜索结果(如图1)。1. 2三维搜索引擎发展中的问题本文的发明将直接影响整理信息和呈现结果两个步骤。搜索引擎整理信息的过程称为“建立索引”。搜索引擎不仅要保存搜集起来的信 息，还要将它们按照一定的规则进行编排。这样，搜索引擎便无需重新翻查它所有保存的信 息而能迅速找到所要的资料。对于图片或文本信息，搜索引擎大多基于文本的关键词建立 索引，如图片的摘要信息，文件名，文本内容等。而一个三维模型文件携带的信息量很大，且 多数三维模型文件内容里不带文本标注，因此难以提取到文本作为关键词索引，而仅从文 件名或摘要信息来提取关键词，无法很好的描述三维模型内携带的大量信息，为搜索带来 困难。因此，当前人们研究的热点集中于从三维模型中提取特征值，并基于三维特征值进行 检索。然而，要使得目前的特征提取算法从研究变为实际应用，必须克服以下问题1从目前多种多样的三维文件中提取到统一的特征数据相当困难。2三维模型数据量通常很大，因此分析处理的计算量很大，提取过程需要消耗大量 时间也是有待解决的难题。搜索引擎的结果呈现，即交互界面非常重要，用户在使用搜索引擎时，不关心引擎 是如何进行搜索的，而是看交互界面在操作时是否便于输入，显示的结果是否准确，结果是 否一目了然。对图片或者文本的搜索，结果可以直观的用图片预览、文字预览呈现给用户。 而对于三维数据则会遇到以下几个问题1数据量与图片或文本信息相比，要高出若干数量级，例如汽车设计行业中，一个 整车模型文件大小接近1GB，而一张二维的车模文件只有数十KB，互联网搜索引擎得到搜 索结果到以后，若要在浏览器进行若干原始文件同时预览，在目前带宽和处理器条件下不 可能实现。2三维文件格式各种各样，让浏览器同时支持这么多种格式的三维文件难度很大。
3即使浏览器支持了目前的各种三维文件格式，如果出现新的三维数据格式，扩展 也不方便。1. 3提出三维格式转换系统本文发明三维文件格式转换系统，为解决1. 2中的难题提出了供参考的方案。本 系统支持多种格式的三维文件，并转换成统一格式的索引文件。这里暂时将该三维文件格 式转换系统称为sta系统，将转换后得到的统一文件格式称为sta格式。本文同时提出基于此转换系统的新的三维搜索引擎架构，即基于文件格式统一化 的搜索引擎。本搜索引擎在建立索引时，先调用sta系统进行格式转换，将搜集到的三维模 型数据统一转换为sta格式的文件，在sta文件基础上提取特征数据，然后将提取到的特征 数据和sta文件一起入库。应用了 sta系统的搜索引擎的索引建立流程如图2 2三维模型文件格式转换系统2. Ista系统框架sta系统框架如图3。sta系统接收到三维模型文件后，将判断文件格式，然后根据文件格式不同选择相 应的处理模块。且转换时参数可灵活设置，参数控制转换得到的sta文件体积与原始文件 的比例。sta系统采用统一的接口调用各处理模块，易于扩展。转换后，sta系统调用特征 提取算法模块，提取模型的基本特征并存在sta文件的基本特征表内。2. 2sta系统特性sta系统具体以下独有特性1支持各种三维文件格式支持各种学术领域三维模型文件格式，如stl，x3d, vrml等；支持汽车，航空行 业文件格式如catia、UG等；机械行业文件格式如solidworks、pro/E等；有限元行业如 hypermesh、DYNA 等；建筑行业如 AutoCAD、PKPM 等。2基本特征表sta文件中包含基本特征表，sta系统在转换过程中便提取三维模型的基本特征 数据，存放在基本特征表里。搜索引擎系统可基于该基本特征表提取特征信息入库。但由 于是在sta系统内处理，存在局限性，表内可能没有用户感兴趣的特征数据。因此搜索引擎 可选择采纳该特征数据表，或基于sta文件提取其他特征。3保留主要特征，丢弃细节原始三维文件转换为sta格式文件，转换后会损失大量细节，但保留了三维模型 的主要特征，如模型的结构、模块划分，轮廓等。类似于生成缩略图。4参数可调转换时的细节丢弃程度作为参数，可根据应用情况灵活设置。参数越大，图像数据 损失越多，转换后的sta文件体积越小。5可扩展支持新的三维文件格式sta系统文件读取和转换部分采用统一接口，当出现需兼容的新的三维文件格式 时，只需在文件读取和转换部分加入相应的扩展模块，只要新加入模块符合sta系统接口， 系统即可立即支持新的三维文件格式。6可扩展支持新的特征提取算法
sta系统在转换过程中会进行特征提取，并将提取到的特征数据存入基本特征表， sta系统采用统一的接口调用特征提取算法模块。当有更优化算法时，只需遵循系统接口加 入新的算法模块，即可立即应用新的特征提取算法。7文件格式的标准化sta文件格式遵守W3C中制定的标准，更方便于浏览器支持。2. 3sta系统带来的优势应用了 sta系统的三维搜索引擎将具体以下优势1统一文件格式使得特征提取算法广泛应用基于统一的sta格式进行特征提取，使得目前研究的各种特征提取和相似度匹配 算法得以广泛应用，不再受到文件格式多样性带来的处理限制。2大幅减少计算量sta格式文件舍弃原始三维数据的大量细节，保留其主要特征数据。因此，sta文 件仍可提取到较完整的特征数据。但由于sta舍弃了大量细节数据，数据量与原始文件相 比降低若干数量级。文件大小的精简将直接减少分析处理的计算量，提高特征提取处理的 效率，节省资源。3丰富的结果呈现方式由于格式统一且遵从了 W3C标准，浏览器只需支持sta格式文件的显示，即可让用 户视觉预览三维模型，若出现新的三维模型格式，只需在sta系统中扩展对新格式的支持， 浏览器端则不需更新。由于文件体积小，网络传输占用带宽小，使得目前的网络条件下，在浏览器上同时 预览若干个三维文件成为可能。虽然sta造成了数据的丢失，但实际应用中，大多情况下用户只需要整体上看到 完整的三维模型便可判断是否是其想要的目标数据。这也和图片搜索时以缩略图方式呈现 的思想类似。3基于sta的三维搜索引擎应用了 sta的三维搜索引擎框架图如图4 1系统优势1)转换为统一的sta文件后再进行特征提取，为搜索引擎的再处理带来了方便， 减少了特征提取模块的处理负载。2) sta文件格式统一、体积小、遵从W3C标准。浏览器只需支持sta格式文件的显 示，即可在浏览器上视觉呈现多个三维模型，将给予用户全新的三维体验。2系统缺陷1)搜索引擎在搜集信息后的索引建立阶段，必须先对三维数据进行处理，得到 sta文件后才入库，因此索引建立阶段会更耗时。2) sta文件为了缩小体积，舍弃了大量图像细节。虽然试图尽可能保留图像数据的 原始特征，但数据的损失导致特征数据的失真是不可避免的，因此会给结果查询的准确性 带来影响。3) sta文件不包含图像完整数据，因此在结果呈现时，无法为用户提供更为详细的 图像呈现。若用户希望看到更完整的三维模型图像，需提供其他改进或补偿方案。
8
权利要求
1.一种适用于互联网搜索的三维文件格式转换方法，其特征是步骤包括1)接收三维模型文件；2)判断三维模型文件格式，根据文件格式不同选择相应的处理模块进行转换；3)相应的文件送入对应处理模块进行处理；同时进行参数设定，该参数控制转换统一 格式的文件时的细节丢弃程度；所述处理模块有多种，分别对应各种三维模型文件；对于每个处理模块，包括读取模块 和转换模块，读取模块读取文件后，经转换模块转换成统一格式的文件；各个处理模块采用统一接口；4)对转换得到文件，提取基本特征，并存入统一格式的文件的基本特征表；5)最终得到所述统一格式的文件。
2.根据权利要求1所述的适用于互联网搜索的三维文件格式转换方法，其特征是所述 统一格式的文件是sta文件，所述处理模块是sta系统；sta文件中包含基本特征表，sta系统在转换过程中便提取三维模型的基本特征数据， 存放在基本特征表里；搜索引擎选择采纳该特征数据表，或基于sta文件提取其他特征；原始三维文件转换为sta文件，转换后会损失大量细节，但保留了三维模型的主要特 征，该主要特征包括模型的结构、模块划分，轮廓；sta系统文件读取和转换部分采用统一接口，当出现需兼容的新的三维文件格式时，只 需在文件读取和转换部分加入相应的扩展模块；只要新加入转换模块符合sta系统接口， 系统即可立即支持新的三维文件格式；sta文件的格式遵守W3C中制定的标准。
3.根据权利要求2所述的适用于互联网搜索的三维文件格式转换方法，其特征是所述 步骤幻中，参数越大，图像特征数据损失越多，转换后的sta文件体积越小。
4.根据权利要求2所述的适用于互联网搜索的三维文件格式转换方法，其特征是所述 步骤幻中，当出现需兼容的新的三维文件格式时，处理模块中加入相应的读取模块/转换 模块，并设置读取模块/转换模块符合sta系统接口，即可支持新的三维文件格式转换。
5.根据权利要求1或2所述的适用于互联网搜索的三维文件格式转换方法，其特征是 所述步骤4)中，提取特征时，采用统一的接口调用特征提取算法模块；当有更优化算法时， 则遵循系统接口加入新的算法模块，即可立即应用新的特征提取算法。
6.根据权利要求1或2所述的适用于互联网搜索的三维文件格式转换方法，其特征是 所述步骤幻中，处理模块包括stl读取模块/stl转换模块、ply读取模块/ply转换模块、 vrml读取模块/Vrml转换模块或其他文件读取模块/其他文件转换模块。
7.一种基于权利要求1 6任一所述适用于互联网搜索的三维文件格式转换方法的三 维搜索引擎，其特征是步骤包括1)建立基于统一格式文件的索引，得到包含特征数据和相应的统一格式文件的格式索 引文件的数据库；2)提交查询关键字或查询特征；3)根据用户提交的关键字或查询特征，提取供检索搜索的特征数据；4)比对用户提交的关键字或查询特征与所述数据库中的特征数据比对，得到查询结果。所述步骤1)中，采用权利要求1)所述方法进行格式转换，得到统一格式文件的格式索 引文件；在统一格式文件的格式索引文件基础上，基于索引文件提取特征数据，然后将提取 到的特征数据和统一格式文件的格式索引文件一起存入数据库。
8.根据权利要求7所述的适用于互联网搜索的三维搜索引擎，其特征是所述统一格式 文件是sta文件。
全文摘要
一种适用于互联网搜索的三维文件格式转换方法，步骤包括1)接收三维模型文件；2)判断三维模型文件格式，根据文件格式不同选择相应的处理模块进行转换；3)相应的文件送入对应处理模块进行处理，经转换模块转换成统一格式的文件；4)对转换得到文件，提取基本特征，并存入统一格式的文件的基本特征表；5)最终得到所述统一格式的文件。一种基于上述转换方法的三维搜索引擎，步骤包括1)建立基于统一格式文件的索引，得到包含特征数据和相应的统一格式文件的格式索引文件的数据库；2)提交查询关键字或查询特征；3)根据用户提交的关键字或查询特征，提取供检索搜索的特征数据；4)比对用户提交的关键字或查询特征与所述数据库中的特征数据比对，得到查询结果。
文档编号G06F17/30GK102063478SQ201010600049
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者刘强, 张丛喆, 王宇, 陈鹏飞 申请人:张丛喆, 王宇