专利名称：三维模型特征提取方法和系统、三维模型检索方法和系统的制作方法
三维模型特征提取方法和系统、三维模型检索方法和系统
技术领域：
本发明涉及三维模型处理领域，特别涉及一种三维模型特征提取方法和系统，以及一种三维模型检索方法和系统。
背景技术：
如今，三维模型的应用的非常广泛，工业产品设计、虚拟现实、虚拟人、三维游戏、教育、影视动画等都广泛使用三维模型。为了便于进行三维模型的数字化存储、三维模型的匹配检索等处理，需要提取三维模型的特征。传统的方法提取三维模型的轮廓特征，而轮廓特征相对比较简单，无法得到模型的总体形状特征，而且同一三维模型在不同的缩放比例或旋转角度状态下，所提取到的轮廓特征有可能是不一样的，即提取的轮廓特征会受到三维模型的缩放和旋转的影响。
发明内容
基于此，有必要提供一种提取的特征不受三维模型的缩放和旋转影响的三维模型特征提取方法和系统。一种三维模型特征提取方法，包括以下步骤对三维模型进行体素化处理，生成体素模型；获取体素模型的重心；计算体素模型中每个体素到重心的距离，获取计算得到的距离中的最大距离；生成以重心为球心、以最大距离为半径的球体，将球体用等距离的预设数量个同心球面划分为多个空间区域，所述同心球面的球心为所述重心；计算各空间区域中体素的数量，获取各空间区域中体素数量的最大值；根据各空间区域中体素的数量以及各空间区域中体素数量的最大值计算体素模型的体素密度分布特征。在其中一个实施例中，所述对三维模型进行体素化处理，生成体素模型的步骤包括获取三维模型的网格模型；对网格模型进行平移变换，使得平移变换后坐标系原点位于网格模型内部；获取网格模型的所有顶点的X坐标值中的最大X坐标值和最小X坐标值、y坐标值中的最大I坐标值和最小I坐标值、Z坐标值中的最大z坐标值和最小z坐标值；生成以第一点和第二点为对角线的包围盒，所述第一点的X坐标为最大X坐标值、I坐标为最大I坐标值、Z坐标为最大Z坐标值，所述第二点的组成的X坐标为最小X坐标值、I坐标为最小I坐标值、z坐标为最小z坐标值；将生成的包围盒均匀切割成预设大小的体素；根据网格模型的网格向量获取网格模型内部的体素，并由所述网格模型内部的体素组成体素模型。
在其中一个实施例中，根据各空间区域中体素的数量以及各空间区域中体素数量的最大值计算体素模型的体素密度分布特征的步骤包括根据以下公式计算各空间区域中体素的相对密度，得到体素密度分布特征的相对
密度向量
权利要求
1.一种三维模型特征提取方法，包括以下步骤 对三维模型进行体素化处理，生成体素模型； 获取体素模型的重心； 计算体素模型中每个体素到重心的距离，获取计算得到的距离中的最大距离； 生成以重心为球心、以最大距离为半径的球体，将球体用等距离的预设数量个同心球面划分为多个空间区域，所述同心球面的球心为所述重心； 计算各空间区域中体素的数量，获取各空间区域中体素数量的最大值； 根据各空间区域中体素的数量以及各空间区域中体素数量的最大值计算体素模型的体素密度分布特征。
2.根据权利要求1所述的三维模型特征提取方法，其特征在于，所述对三维模型进行体素化处理，生成体素模型的步骤包括 获取三维模型的网格模型； 对网格模型进行平移变换，使得平移变换后坐标系原点位于网格模型内部； 获取网格模型的所有顶点的X坐标值中的最大X坐标值和最小X坐标值、I坐标值中的最大I坐标值和最小I坐标值、Z坐标值中的最大z坐标值和最小z坐标值； 生成以第一点和第二点为对角线的包围盒，所述第一点的X坐标为最大X坐标值、y坐标为最大I坐标值、Z坐标为最大Z坐标值，所述第二点的组成的X坐标为最小X坐标值、y坐标为最小I坐标值、z坐标为最小z坐标值； 将生成的包围盒均匀切割成预设大小的体素； 根据网格模型的网格向量获取网格模型内部的体素，并由所述网格模型内部的体素组成体素模型。
3.根据权利要求1所述的三维模型特征提取方法，其特征在于，根据各空间区域中体素的数量以及各空间区域中体素数量的最大值计算体素模型的体素密度分布特征的步骤包括 根据以下公式计算各空间区域中体素的相对密度，得到体素密度分布特征的相对密度向量 Cri,. . . , rN)
4.一种三维模型检索方法，包括以下步骤 提取待检索模型的体素密度分布特征； 计算待检索模型的体素密度分布特征与三维模型体素密度分布特征库中的体素密度分布特征的距离； 获取三维模型体素密度分布特征库中与待检索模型的体素密度分布特征距离最小的体素密度分布特征对应的三维模型； 其中，所述提取待检索模型的体素密度分布特征的步骤按照权利要求1至3中任一所述的三维模型特征提取方法提取待检索模型的体素密度分布特征。
5.根据权利要求4所述的三维模型检索方法，其特征在于，在提取待检索模型的体素密度分布特征的步骤之前，所述方法还包括 按照所述提取待检索模型的体素密度分布特征的方法提取三维模型库中三维模型的体素密度分布特征，将提取的三维模型的体素密度分布特征组成三维模型体素密度分布特征库。
6.根据权利要求4所述的三维模型检索方法，其特征在于，计算待检索模型的体素密度分布特征与三维模型体素密度分布特征库中的体素密度分布特征的距离的步骤包括 分别计算待检索模型的体素密度分布特征与三维模型体素密度分布特征库中的体素密度分布特征的相对密度向量的欧氏距离和一阶数值差分向量的欧氏距离； 将计算得到的相对密度向量的欧氏距离和一阶数值差分向量的欧氏距离采用高斯模型进行归一化； 计算待检索模型的体素密度分布特征与三维模型体素密度分布特征库中的体素密度分布特征的距离为归一化后的相对密度向量的欧氏距离与一阶数值差分向量的欧氏距离的加权值，相对密度向量的欧氏距离的权值系数与一阶数值差分向量的欧氏距离的权值系统之和等于一。
7.—种三维模型特征提取系统，其特征在于，包括 体素化模块，用于对三维模型进行体素化处理，生成体素模型； 重心获取模块，用于获取体素模型的重心； 体素距离计算模块，用于计算体素模型中每个体素到重心的距离，获取计算得到的距离中的最大距离； 区域划分模块，用于生成以重心为球心、以最大距离为半径的球体，将球体用等距离的预设数量个同心球面划分为多个空间区域，所述同心球面的球心为所述重心； 体素数量获取模块，用于计算各空间区域中体素的数量，获取各空间区域中体素数量的最大值； 分布特征计算模块，用于根据各空间区域中体素的数量以及各空间区域中体素数量的最大值计算体素模型的体素密度分布特征。
8.根据权利要求7所述的三维模型特征提取系统，其特征在于，所述体素化模块包括 网格模型获取单元，用于获取三维模型的网格模型； 平移变换单元，用于对网格模型进行平移变换，使得平移变换后坐标系原点位于网格模型内部；坐标极值获取单元，用于获取网格模型的所有顶点的X坐标值中的最大X坐标值和最小X坐标值、y坐标值中的最大I坐标值和最小I坐标值、Z坐标值中的最大Z坐标值和最小z坐标值； 包围盒生成单元，用于生成以第一点和第二点为对角线的包围盒，所述第一点的X坐标为最大X坐标值、y坐标为最大I坐标值、z坐标为最大z坐标值，所述第二点的组成的X坐标为最小X坐标值、I坐标为最小I坐标值、Z坐标为最小z坐标值； 体素切割单元，用于将生成的包围盒均匀切割成预设大小的体素； 体素模型生成单元，用于根据网格模型的网格向量获取网格模型内部的体素，并由所述网格模型内部的体素组成体素模型。
9.根据权利要求7所述的三维模型特征提取系统，其特征在于，所述分布特征计算模块包括 相对密度计算单元，用于根据以下公式计算各空间区域中体素的相对密度，得到体素密度分布特征的相对密度向量(^，. . . , rN)
10.一种三维模型检索系统，其特征在于，包括 体素密度分布特征提取模块，用于提取待检索模型的体素密度分布特征，所述体素密度分布特征提取模块包括权利要求7至9任一所述的三维模型特征提取系统中的模块； 分布特征距离计算模块，用于计算待检索模型的体素密度分布特征与三维模型体素密度分布特征库中的体素密度分布特征的距离； 匹配模型获取模块，用于获取三维模型体素密度分布特征库中与待检索模型的体素密度分布特征距离最小的体素密度分布特征对应的三维模型。
11.根据权利要求10所述的三维模型检索系统，其特征在于，所述体素密度分布特征提取模块还用于提取三维模型库中三维模型的体素密度分布特征； 所述系统还包括体素密度分布特征库生成模块，用于将提取的三维模型的体素密度分布特征组成三维模型体素密度分布特征库。
12.根据权利要求10所述的三维模型检索系统，其特征在于，所述分布特征距离计算模块包括 欧氏距离计算单元，用于分别计算待检索模型的体素密度分布特征与三维模型体素密度分布特征库中的体素密度分布特征的相对密度向量的欧氏距离和一阶数值差分向量的欧氏距离； 归一化单元，用于将计算得到的相对密度向量的欧氏距离和一阶数值差分向量的欧氏距离采用高斯模型进行归一化； 分布特征距离计算单元，用于计算待检索模型的体素密度分布特征与三维模型体素密度分布特 征库中的体素密度分布特征的距离为归一化后的相对密度向量的欧氏距离与一阶数值差分向量的欧氏距离的加权值，相对密度向量的欧氏距离的权值系数与一阶数值差分向量的欧氏距离的权值系统之和等于一。
全文摘要
一种三维模型特征提取方法，包括以下步骤对三维模型进行体素化处理，生成体素模型；获取体素模型的重心；计算体素模型中每个体素到重心的距离，获取计算得到的距离中的最大距离；生成以重心为球心、以最大距离为半径的球体，将球体用等距离的预设数量个同心球面划分为多个空间区域，所述同心球面的球心为所述重心；计算各空间区域中体素的数量，获取各空间区域中体素数量的最大值；根据各空间区域中体素的数量以及各空间区域中体素数量的最大值计算体素模型的体素密度分布特征。此外，还提供一种三维模型特征提取系统。上述方法和系统提取的特征的精度不受三维模型的缩放和旋转的影响。
文档编号G06T17/00GK103065353SQ20121056304
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月22日 优先权日2012年12月22日
发明者张宝运, 李晓明, 胡金星, 修文群, 彭大为 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院