估计多组件三维模型的误差度量的方法和装置制造方法
【专利摘要】为了计算两个3D多组件模型之间的误差度量，均匀采样第一3D模型的3D组件的分面。在第一3D模型中的每个采样点与第二3D模型的表面之间，计算点面误差。然后处理该点面误差以生成第一和第二3D模型之间的误差度量。为了加速计算，可以将第二3D模型划分成多个单元，只将与第一3D模型中的特定采样点最接近的单元用于计算点面误差。当计算3D模型中的各个3D组件的误差度量时，采用相同的均匀采样和单元划分。因此，整个3D模型的误差基本上是对各个组件计算得到的误差的加权平均。
【专利说明】估计多组件三维模型的误差度量的方法和装置
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求2012年4月19日提交的国际专利申请第PCT/CN2012/074370号的权 益，特此通过引用将其并入本文中。
【技术领域】
[0003] 本发明涉及估计3D模型的误差度量的方法和装置。
【背景技术】
[0004] 在实际应用中，许多3D模型由大量组件组成。如图1所示，这些多组件3D模型通 常包含以各种变换形式的很多重复结构。
[0005] 在输入模型中利用重复结构的多组件3D模型的压缩算法是已知的。按各种位置、 取向和缩放因子探索3D模型的重复结构。然后将3D模型组织成"图案-实例"表示。图 案用于表示对应重复结构的代表性几何形状。属于重复结构的组件被表示成对应图案的实 例，并且可以通过图案ID和关于图案的变换信息，例如，反射、平移和可能缩放来表示。可 以将实例变换信息组织成，例如，反射部分、平移部分、旋转部分和可能缩放部分。可能存在 被称为独特组件的、不重复的3D模型的一些组件。
【发明内容】
[0006] 本原理提供了一种用于确定第一 3D模型与第二3D模型之间的误差度量的方法， 其包含以下步骤：存取第一和第二3D模型，其中该第一 3D模型包括第一 3D组件和至少另 一个3D组件；确定第一 3D模型中的第一 3D组件和至少另一个3D组件的分面（facet)中 的采样点，其中该采样点均匀分布在第一 3D模型中的第一 3D组件和至少另一个3D组件的 分面中；确定第一 3D模型中的第一 3D组件中的每个采样点与第二3D模型中的第一 3D组 件的表面之间的点面误差，第二3D模型中的第一 3D组件对应于第一 3D模型中的第一 3D 组件；以及如下所述，响应所确定的点面误差确定第一 3D模型中的第一 3D组件与第二3D 模型中的第一 3D组件之间的误差度量。本原理还提供了执行这些步骤的装置。
[0007] 本原理还提供了上面存储有用于按照上述的方法确定第一 3D模型与第二3D模型 之间的误差度量的指令的计算机可读存储介质。
[0008] 本原理还提供了一种用于确定第一 3D模型与第二3D模型之间的法向变化的方 法，其包含如下步骤：存取第一 3D模型和第二3D模型中的多个分面对，其中每个分面对对 应于第一 3D模型中的某个分面和第二3D模型中的某个对应分面；确定多个分面对的每一 个的分面法向矢量的内积；以及如下所述，响应该内积确定第一 3D模型与第二3D模型之间 的法向变化。本原理还提供了一种用于执行这些步骤的装置。
[0009] 本原理还提供了上面存储有用于按照上述的方法确定第一 3D模型与第二3D模型 之间的法向变化的指令的计算机可读存储介质。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1示出了具有大量组件和重复结构的示例性3D模型；
[0011] 图2示出了按照本原理的3D模型的示例性编码器；
[0012] 图3示出了按照本原理的3D模型的示例性解码器；
[0013] 图4A示出了分别包括如图4B和4C所示的两个3D组件的另一个示例性3D模型；
[0014] 图5是依照本原理的实施例描绘用于估计两个3D模型之间的误差度量的示例的 流程图；
[0015] 图6A，6B和6C是依照本原理的实施例分别描绘图4的苹果组件的3D网格、多组件 3D模型和叶子组件的形象示例，图6D和6E是描绘苹果和叶子组件的一部分的形象示例，以 及图6F是描绘三角形的采样点和内部三角形的形象示例；
[0016] 图7A是依照本原理的实施例描绘3D模型的单元划分的形象示例，以及图7B是描 绘包括在某个单元中的三角形和分面的形象示例；
[0017] 图8是依照本原理的实施例描绘用于估计两个3D模型的表面之间的法向变化的 示例的流程图；以及
[0018] 图9示出了按照本原理的示例性质量估计器。
【具体实施方式】
[0019] 如图1所示，在3D模型中可能存在许多重复结构。为了高效地解码3D模型，可以 将重复结构组织成图案和实例，其中，例如，使用对应图案的图案ID和包含有关平移、旋转 和缩放的信息的变换矩阵将实例表示成对应图案的变换。
[0020] 当用图案ID和变换矩阵表示实例时，在压缩实例时要压缩图案ID和变换矩阵。因 此，可以通过图案ID和解码的变换矩阵重建实例，也就是说，可以将实例重建成通过图案 ID索引的解码图案的变换（来自解码的变换矩阵）。
[0021] 图2描绘了示例性3D模型编码器200的框图。装置200的输入可以包括3D模型、 用于编码3D模型的质量参数和其它元数据。3D模型首先经过重复结构探索模块210,它以 图案、实例和独特组件的形式输出3D模型。图案编码器220用于压缩图案，独特组件编码 器250用于编码独特组件。例如，根据用户选择的模式来编码实例组件信息。如果选择实 例信息分组模式，则使用分组实例信息编码器240编码实例信息；否则，使用基本实例信息 编码器230编码它。在重复结构检验器260中进一步检验编码组件。如果编码组件未满足 其质量要求，则使用独特组件编码器250编码它。在比特流组装器270处组装图案、实例和 独特组件的比特流。
[0022] 图3描绘了示例性3D模型解码器300的框图。装置300的输入可以包括3D模型 的比特流，例如，编码器200生成的比特流。压缩比特流中与图案有关的信息由图案解码器 320解码。与独特组件有关的信息由独特组件解码器350解码。实例信息的解码也取决于 用户选择的模式。如果选择实例信息分组模式，则使用分组实例信息解码器340解码实例 信息；否则，使用基本实例信息解码器330解码它。在模型重建模块360处使用解码的图 案、实例信息和独特组件生成输出的解码3D模型。
[0023] 在3D模型编码器200的重复结构检验器260中，比较原始实例组件与重建组件之 间的误差。如果该误差大于按质量要求设置的误差，则将该实例编码成独特组件。在该申 请中，"距离"和"误差"可以指两个模型之间的失真，术语"距离"、"误差"和"失真"可交换 使用。
[0024] 为了测量两个3D模型，例如，原始3D模型与解压3D模型之间的误差，一些现有方 法采用了表面采样方法来测量表面之间的误差。也就是说，根据各个采样点的点面距离计 算两个3D模型的表面之间的误差。在这些现有方法中，采样密度取决于3D模型的边界框 的尺寸。因此，当检验边界框的尺寸可以变化的各个实例组件的质量时，采样密度也随各个 组件的变化而变化。
[0025] 表1示出了图4A所示的示例性3D模型的通过在N.Aspert、D.Santa-Cruz和 T.Ebrahimi的《MESH:MeasuringerrorsbetweensurfacesusingtheHausdorff distance))(ProceedingsoftheIEEEInternationalConferenceinMultimediaand Expo(ICME)，第705-708页，2002年）中描述的MESH估计的平均误差。在这个示例中，分别 如图4B和4C所示的苹果和叶子被当作两个单独的3D组件，如图4A所示的苹果和叶子一 起被当作多组件的3D模型。在压缩了 3D模型之后，测量原始3D模型和解压缩的3D模型 的表面之间的误差。
[0026] 两个采样点之间的距离可以根据采样密度来确定，例如，采样距离可以计算为采 样密度与边界框的对角长度的乘积。取决于采样密度，测量得到的苹果、叶子以及苹果和叶 子的误差变化很大。因此，如果组件具有不同的采样密度，则误差可能不相当，因此可能不 能正确地反映实际误差。
[0027]表1
【权利要求】
1. 一种用于确定第一 3D模型与第二3D模型之间的误差度量的方法，其包含以下步 骤： 存取第一和第二3D模型，其中该第一 3D模型包括第一 3D组件和至少另一个3D组件； 确定第一 3D模型中的第一 3D组件和至少另一个3D组件的分面中的采样点，其中该采 样点均匀分布在第一 3D模型中的第一 3D组件和至少另一个3D组件的分面中； 确定（550)第一 3D模型中的第一 3D组件中的每个采样点与第二3D模型中的第一 3D 组件的表面之间的点面误差，第二3D模型中的第一 3D组件对应于第一 3D模型中的第一 3D 组件；以及 响应所确定的点面误差确定（560)第一 3D模型中的第一 3D组件与第二3D模型中的 第一 3D组件之间的误差度量。
2. 如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤： 确定（550)第一 3D模型中的至少另一个3D组件中的每个采样点与第二3D模型中的 至少另一个3D组件的表面之间的第二点面误差，第二3D模型中的至少另一个3D组件对应 于第一 3D模型中的至少另一个3D组件；以及 响应所确定的第二点面误差确定（560)第一 3D模型中的至少另一个3D组件与第二3D 模型中的至少另一个3D组件之间的误差度量。
3. 如权利要求2所述的方法，进一步包含以下步骤： 确定（550)第一 3D模型中的每个采样点与第二3D模型的表面之间的第三点面误差； 以及 响应所确定的第三点面误差确定（560)第一 3D模型与第二3D模型之间的误差度量， 其中第一 3D模型的误差度量对应于第一 3D组件的误差度量和至少另一个3D组件的误差 度量的加权和。
4. 如权利要求1所述的方法，其中第一 3D模型中的第一 3D组件中的采样点的数量基 本上与第一 3D模型中的第一 3D组件的分面的尺寸成比例。
5. 如权利要求1所述的方法，其中响应第一 3D模型中的边缘的平均长度确定采样点。
6. 如权利要求1所述的方法，进一步包含，对于第一 3D模型中的第一 3D组件中的特定 一个米样点： 将第二3D模型划分（540)成包括与第二3D模型中的第一 3D组件对应的一组单元的 多个单元； 从该组单元中确定与该特定一个采样点最接近的单元； 确定该特定一个采样点与最接近单元内的相应分面之间的相应距离；以及 将所确定的相应距离的最短距离确定（550)为该特定一个采样点与第二3D模型中的 第一 3D组件的表面之间的点面误差。
7. 如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤： 在编码器处进行至少一种率失真优化，以及检验第二3D模型是否满足质量要求。
8. -种用于确定第一 3D模型与第二3D模型之间的法向变化的方法，其包含以下步 骤： 存取（810)第一 3D模型和第二3D模型中的多个分面对，其中每个分面对对应于第一 3D模型中的某个分面和第二3D模型当中的对应分面； 确定（820)多个分面对中的每一个的分面法向矢量的内积；以及 响应该内积确定（820)第一 3D模型与第二3D模型之间的法向变化。
9. 一种用于确定第一 3D模型与第二3D模型之间的误差度量的装置（900)，其包含： 处理器，用于存取第一和第二3D模型，其中该第一 3D模型包括第一 3D组件和至少另 一个3D组件； 采样器（920)，用于确定第一 3D模型中的第一 3D组件和至少另一个3D组件的分面中 的采样点，其中该采样点均匀分布在第一 3D模型中的第一 3D组件和至少另一个3D组件的 分面中；以及 误差度量估计器（940)，用于确定第一 3D模型中的第一 3D组件中的每个采样点与第 二3D模型中的第一 3D组件的表面之间的点面误差，第二3D模型中的第一 3D组件对应于 第一 3D模型中的第一 3D组件，以及用于响应所确定的点面误差确定第一 3D模型中的第一 3D组件与第二3D模型中的第一 3D组件之间的误差度量。
10. 如权利要求9所述的装置，其中该误差度量估计器进一步确定第一 3D模型中的至 少另一个3D组件中的每个采样点与第二3D模型中的至少另一个3D组件的表面之间的第 二点面误差，第二3D模型中的至少另一个3D组件对应于第一 3D模型中的至少另一个3D 组件，以及响应所确定的第二点面误差确定第一 3D模型中的至少另一个3D组件与第二3D 模型中的至少另一个3D组件之间的误差度量。
11. 如权利要求10所述的装置，其中该误差度量估计器进一步确定第一 3D模型中的 每个采样点与第二3D模型的表面之间的第三点面误差，以及响应所确定的第三点面误差 确定第一 3D模型与第二3D模型之间的误差度量，其中第一 3D模型的误差度量对应于第一 3D组件的误差度量和至少另一个3D组件的误差度量的加权和。
12. 如权利要求9所述的装置，其中第一 3D模型中的第一 3D组件中的采样点的数量基 本上与第一 3D模型中的第一 3D组件的分面的尺寸成比例。
13. 如权利要求9所述的装置，其中响应第一 3D模型中的边缘的平均长度确定采样点。
14. 如权利要求9所述的装置，进一步包含单元划分模块（930)，用于将第二3D模型划 分成包括与第二3D模型中的第一 3D组件相对应的一组单元的多个单元，从该组单元中确 定与第一 3D模型中的第一 3D组件中的特定一个采样点最接近的单元，确定该特定一个采 样点与最接近单元内的相应分面之间的相应距离，以及将所确定的相应距离的最短距离确 定为该特定一个采样点与第二3D模型中的第一 3D组件的表面之间的点面误差。
15. 如权利要求9所述的装置，进一步包括编码器（200)，用于进行至少一种率失真优 化，以及检验第二3D模型是否满足质量要求。
16. -种用于确定第一 3D模型与第二3D模型之间的法向变化的装置（900)，其包含： 处理器，用于存取第一 3D模型和第二3D模型中的多个分面对，其中每个分面对对应于 第一 3D模型中的某个分面和第二3D模型中的对应分面；以及 法向变化估计器（910)，用于确定多个分面对的每一个的分面法向矢量的内积，以及响 应该内积确定第一 3D模型与第二3D模型之间的法向变化。
17. -种上面存储有用于按照权利要求1-7确定第一 3D模型与第二3D模型之间的误 差度量的指令的计算机可读存储介质。
18. -种上面存储有用于按照权利要求8确定第一 3D模型与第二3D模型之间的法向 变化的指令的计算机可读存储介质。
【文档编号】G06T17/00GK104246830SQ201280072532
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2012年12月29日 优先权日:2012年4月19日
【发明者】罗涛, 江文斐, 蔡康颖 申请人:汤姆逊许可公司