专利名称:三维模型分割方法和系统的制作方法
三维模型分割方法和系统
技术领域:
本发明涉及图形处理领域,特别涉及一种三维模型分割方法和系统。
背景技术:
将三维模型的图元进行有意义的类别标注,进一步将被标注为同一类别的图元分割为同一组成部件,从而将三维模型分割为多个独立的组成部件,是进行三维模型处理的基础。在几何建模、工业制造、动画制作和纹理贴图中的很多任务都依赖于三维模型分割的结果。例如,将一个椅子的三维模型的图元标注为腿、扶手、座垫、靠背对应的标记,进一步将被标注上同一标记的图元分割到同一个组成部件,从而得到椅子的各部件的模型数据。三维模型分割是图形学的一个基本问题。虽然人们已经提出了很多方法,但传统的分割技术主要是针对流形的三维模型设计的。然后常见的很多三维模型都是由多个小块拼接而成的非流形结构。
发明内容基于此,有必要提供一种能够分割非流形结构的三维模型的三维模型分割方法和系统。一种三维模型分割方法,包括以下步骤SI S4:S1:在第一预设数量个预设角度下投影三维模型,获得三维模型的第一预设数量个二维投影图;S2:对第一预设数量个二维投影图进行图元标注并计算图元标注的可信度;
S3:根据计算得到的可信度对三维模型的图元进行标注;S4:根据三维模型的图元标记对三维模型进行分割,将三维模型中被标注为同一标记的图元分割到同一部件。在其中一个实施例中,步骤S2中对每个预设角度下的二维投影图进行图元标注并计算图元标注的可信度的步骤包括以下步骤S21 S27:S21:获取所述三维模型所表示物体在所述预设角度下的二维已标注图片,所述二维已标注图片中的图元被标注上了图元所属类别的标记,获取的所述二维已标注图片的数
量为第二预设数量;S22:将所述二维投影图与所述二维已标注图片进行区域划分;S23:将所述二维投影图中的区域与所述二维已标注图片中的区域进行匹配,得到二维投影图中的区域在所述二维已标注图片中对应的区域;S24:计算所述二维投影图片与所述二维已标注图片之间的变形对齐差异为所述二维投影图片与所述二维已标注图片之间对应区域的距离之和;S25:获取第二预设数量的二维已标注图片中变形对齐差异按从小到大的顺序排序靠前的第三预设数量的二维已标注图片;S26:分次将获取的第三预设数量的二维已标注图片中图元的标记迁移到所述二维投影图中的图元上;S27:计算每次标记迁移中所述二维投影图中各图元被标注上二维已标注图片中图元的标记对应的可信度。在其中一个实施例中,步骤S22中将某一个二维图进行区域划分包括以下步骤,该二维图指的是所述二维投影图或所述二维已标注图片:S221:将二维图的每一行图元或每一列图元划分为单独的一个区域;S222:按照以下公式计算相邻区域之间的距离,将距离最小的相邻区域合并为一个区域,重复执行“按照以下公式计算相邻区域之间的距离,将距离最小的相邻区域合并为一个区域”的步骤,直到二维图中所包含的区域数量不大于预设值;
权利要求
1.一种三维模型分割方法,包括以下步骤SI S4: 51:在第一预设数量个预设角度下投影三维模型,获得三维模型的第一预设数量个二维投影图; 52:对第一预设数量个二维投影图进行图元标注并计算图元标注的可信度; 53:根据计算得到的可信度对三维模型的图元进行标注; S4:根据三维模型的图元标记对三维模型进行分割,将三维模型中被标注为同一标记的图元分割到同一部件。
2.根据权利要求1所述的三维模型分割方法,其特征在于,步骤S2中对每个预设角度下的二维投影图进行图元标注并计算图元标注的可信度的步骤包括以下步骤S21 S27: 521:获取所述三维模型所表示物体在所述预设角度下的二维已标注图片,所述二维已标注图片中的图元被标注上了图元所属类别的标记,获取的所述二维已标注图片的数量为第二预设数量; 522:将所述二维投影图与所述二维已标注图片进行区域划分; 523:将所述二维投影图中的区域与所述二维已标注图片中的区域进行匹配,得到二维投影图中的区域在所述二维已标注图片中对应的区域; S24:计算所述二维投影图片与所述二维已标注图片之间的变形对齐差异为所述二维投影图片与所述二维已标注图片之间对应区域的距离之和; S25:获取第二预设数量的二维已标注图片中变形对齐差异按从小到大的顺序排序靠前的第三预设数量的二维已标注图片; S26:分次将获取的第三预设数量的二维已标注图片中图元的标记迁移到所述二维投影图中的图元上; S27:计算每次标记迁移中所述二维投影图中各图元被标注上二维已标注图片中图元的标记对应的可信度。
3.根据权利要求2所述的三维模型分割方法,其特征在于,步骤S22中将某一个二维图进行区域划分包括以下步骤,该二维图指的是所述二维投影图或所述二维已标注图片: S221:将二维图的每一行图元或每一列图元划分为单独的一个区域; S222:按照以下公式计算相邻区域之间的距离,将距离最小的相邻区域合并为一个区域,重复执行“按照以下公式计算相邻区域之间的距离,将距离最小的相邻区域合并为一个区域”的步骤,直到二维图中所包含的区域数量不大于预设值; DistmtiDiiDiJ =XBiSHmDlImMl), 其中: Di和Di+1为两个相邻的区域,Distant (Di, Di+1)为与Di与Di+1之间的距离,Iii和hi+1分别为Di和Di+1的宽度,R[Di]和R[Di+1]分别为位于Di和Di+1中部的线; 用α和β代表上述函数BiSHO中的两个自变量,则BiSH(α β:) itfrta φ Skf αι:热 。和分别为α和β中表示空洞的图元;用Α、Β代表上述函数SHO中的两个自变量,则SH(Α,B) = max (Η(Α,B),Η(Β,Α)),其中,H (A, B) = maxa G A(minb G Bdist (a,b)),H(B,A) = maxb G B (mina G Adist (b,a)); dist(b,a)为a与b间的距离范数。
4.根据权利要求2所述的三维模型分割方法,其特征在于,步骤S23包括以下步骤: 5231:将所述二维已标注图片的第I个区域与所述二维投影图的第I个区域对应; 5232:按照区域在所述二维投影图中的排列顺序依次查找所述二维投影图中的区域在所述二维已标注图片中对应的区域,其中,查找二维投影图中的某一个区域TDj在所述二维已标图片中对应的区域的步骤以下包括: 获取二维投影图中TDj的前一个区域TDp1在所述二维已标注图中对应的区域SDi,并获取所述二维已标注图中该对应的区域SDi的后一个区域SDi+1 ; 计算TDj与SDi的距离为hj X BiSH (R[TDj],R[SDi]),并计算TDj与SDi+1的距离为hJXBiSH(R[TDJ], R[SDi+1]), 其中,hj为TDj的宽度,R[TDj]、R[SDi]和R[SDi+1]分别为位于TDj、SDi和SDi+1中部的线.取TDi和TDi+1中与TDj距离小的区域作为TDj在二维已标注图片中对应的区域; 其中,所述二维已标注图片和所述二维投影图的区域的前后顺序按区域在所在图中的排列顺序计算。
5.根据权利要求2所述的三维模型分割方法,其特征在于,步骤S26中将某一二维已标注图片中图元的标记迁移到所述二维投影图中的图元上包括以下步骤: 将所述二维已标注图片的区域中的线的标记迁移到与该区域对应的所述二维投影图的区域中的线上,记所述二维已标注图片的区域为SDi,记SDi包含的线的数量为nl,记与SDi对应的所述二维投影图的区域为TDp记TDj包含的线的数量为n2, 若n2>nl,则用SDi 中的每一条线上的标记标注TDj中n2/nl条线, 若n2〈nl,则取SDi中的n2条线,用该n2条线上的标记标注TDj中的n2条线; 上述线到线的标注迁移按照线在二维已标注图片和二维投影图中的排列顺序进行,二维已标注图片中排列在前的线的标记被迁移到对应的二维投影图中排列在前的线上,其中,用二维已标注图片中某一条线SLi的标记标注二维投影图中某一条线ΤΙ^_包括以下步骤: 步骤S261:查找SLi中两非空洞线段所夹的空洞线段的中间图元,在该中间图元在TLj上的对应位置处将TI^分段,并查找ΤΙ^_中两非空洞线段所夹的空洞线段的中间图元,在该中间图元在SLi上的对应位置处将SLi分段; 步骤S262:按照非空洞线段在SLi和TLj上的排列顺序将SLi的非空间线段的标注迁移到的ΤΙ^_非空洞线段上,SLi中排列在前的非空洞线段的标记被迁移到对应的ΤΙ^_中排列在前的非空洞线段上。
6.根据权利要求5所述的三维模型分割方法,其特征在于,步骤S262将SLi中某一非空洞线段的标记被迁移到TLj中对应的非空洞线段上包括以下步骤: 判断SLi中该非空洞线段与ΤΙ^_中对应的非空洞线段的长度是否相同,若否,则将SLi中该非空洞线段伸缩变换到与ΤΙ^_中对应的非空洞线段的长度相同,若是,则直接进入下一I K少; 按照图元在线段上的排列顺序将SLi中该非空洞线段的图元的标注迁移到ΤΙ^_中对应的非空洞线段的图元上,排列在前的图元的标记被迁移到排列在前的图元上。
7.根据权利要求2所述的三维模型分割方法,其特征在于,步骤S27中按照以下公式计算所述二维投影图中某一图元TPd皮标注上所述二维已标注图片中对应图元SPi的标记对应的可信度Cu,记TI^为二维投影图中TP^所在的线,SLi为已标注图片中SPi所在的线:Cij = exp (-(ci+cs (i, j) +cp (i, j)2/ σ 2) ci为TP^所在二维投影图与SPi所在二维已标注图片之间的变形对齐差异与TP^所在二维投影图的宽度的商; cs(i, j) =BiSH(TLySLi),其中,BiSHO函数的定义与上述BiSHO函数的定义相同;cp (i, j)为TP^在ΤΙ^_中的位置排列顺序值与SPi在SLi中的位置排列顺序值的差的绝对值; σ为高斯支持基。
8.根据权利要求7所述的三维模型分割方法,其特征在于,记V为三维模型的图元集合,所述二维已标注图片中图元所属类别的标记包括B1,..-Bk,...,Βη,η为所述二维已标注图片中图元所属类别的类别数量; 步骤S3包括以下步骤: 统计图元μ被标注上各个类别的标记Bk的可信度C(Bk,μ ),k = 1,...,η ;..一...., m-,//> 计算图兀μ被标注上标记Bk的概率P (Bk I μ )为
9.一种三维模型分割系统,其特征在于,包括: 二维投影图获取模块,用于在第一预设数量个预设角度下投影三维模型,获得三维模型的第一预设数量个二维投影图; 二维图元标注和可信度计算模块,用于对第一预设数量个二维投影图进行图元标注并计算图元标注的可信度; 三维图元标注模块,用于根据计算得到的可信度对三维模型的图元进行标注; 分割模块,用于根据三维模型的图元标记对三维模型进行分割,将三维模型中被标注为同一标记的图元分割到同一部件。
10.根据权利要求9所述的三维模型分割系统,其特征在于,所述图元标注和可信度计算模块包括: 已标注图片获取模块,用于获取所述二维投影图对应预设角度下所述三维模型所表示物体的二维已标注图片,所述二维已标注图片中的图元被标注上了图元所属类别的标记,获取的所述二维已标注图片的数量为第二预设数量; 区域划分模块,用于将所述二维投影图与所述二维已标注图片进行区域划分; 区域匹配模块,用于将所述二维投影图中的区域与所述二维已标注图片中的区域进行匹配,得到二维投影图中的区域在所述二维已标注图片中对应的区域; 差异计算模块,用于计算所述二维投影图片与所述二维已标注图片之间的变形对齐差异为所述二维投影图片与所述二维已标注图片之间对应区域的距离之和; 标记迁移模块,用于获取第二预设数量的二维已标注图片中变形对齐差异按从小到大的顺序排序靠前的第三预设数量的二维已标注图片,分次将获取的第三预设数量的二维已标注图片中图元的标记迁移到所述二维投影图中的图元上; 可信度计算模块,用于计算每次标记迁移中所述二维投影图中各图元被标注上二维已标注图片中图元的标记对应的可信度。
11.根据权利要求10所述的三维模型分割系统,其特征在于,区域划分模块将某一个所述二维投影图或所述二维已标注图片进行区域划分的过程为: 将二维图的每一行图元或每一列图元划分为单独的一个区域,该二维图指的是所述二维投影图或所述二维已标注 图片,按照以下公式计算相邻区域之间的距离,将距离最小的相邻区域合并为一个区域,重复执行“按照以下公式计算相邻区域之间的距离,将距离最小的相邻区域合并为一个区域”的步骤,直到二维图中所包含的区域数量不大于预设值;
12.根据权利要求10所述的三维模型分割系统,其特征在于,区域匹配模块用于将所述二维已标注图片的第I个区域与所述二维投影图的第I个区域对应,按照区域在所述二维投影图中的排列顺序依次查找所述二维投影图中的区域在所述二维已标注图片中对应的区域,其中,查找二维投影图中的某一个区域TDj在所述二维已标图片中对应的区域的过程为: 获取二维投影图中TDj的前一个区域TDp1在所述二维已标注图中对应的区域SDi,并获取所述二维已标注图中该对应的区域SDi的后一个区域SDi+1 ;计算TDj与SDi的距离为hjXBiSHOUTDjLRESDi]),并计算 TDj 与 SDi+1 的距离为 hJXBiSH(R[TDJ], R[SDi+1]), 其中,hj为TDj的宽度,R[TDj]、R[SDi]和R[SDi+1]分别为位于TDj、SDi和SDi+1中部的线.取TDi和TDi+1中与TDj距离小的区域作为TDj在二维已标注图片中对应的区域; 其中,所述二维已标注图片和所述二维投影图的区域的前后顺序按区域在所在图中的排列顺序计算。
13.根据权利要求10所述的三维模型分割系统,其特征在于,标记迁移模块将某一二维已标注图片中图元的标记迁移到所述二维投影图中的图元上的过程为: 将所述二维已标注图片的区域中的线的标记迁移到与该区域对应的所述二维投影图的区域中的线上,记所述二维已标注图片的区域为SDi,记SDi包含的线的数量为nl,记与SDi对应的所述二维投影图的区域为TDp记TDj包含的线的数量为n2, 若n2>nl,则用SDi中的每一条线上的标记标注TDj中n2/nl条线, 若n2〈nl,则取SDi中的n2条线,用该n2条线上的标记标注TDj中的n2条线; 上述线到线的标注迁移按照线在二维已标注图片和二维投影图中的排列顺序进行,二维已标注图片中排列在前的线的标记被迁移到对应的二维投影图中排列在前的线上,其中,用二维已标注图片中某一条线SLi的标记标注二维投影图中某一条线ΤΙ^_的过程为:查找SLi中两非空洞线段所夹的空洞线段的中间图元,在该中间图元在TI^上的对应位置处将TI^分段,并查找ΤΙ^_中两非空洞线段所夹的空洞线段的中间图元,在该中间图元在SLi上的对应位置处将SLi分段; 按照非空洞线段在SLi和TI^上的排列顺序将SLi的非空间线段的标注迁移到的TLj非空洞线段上,SLi中排列在前的非空洞线段的标记被迁移到对应的ΤΙ^_中排列在前的非空洞线段上。
14.根据权利要求13所述的三维模型分割系统,其特征在于,标记迁移模块将SLi中某一非空洞线段的标记被迁移到TLj中对应的非空洞线段上的过程为: 判断SLi中该非空洞线段与ΤΙ^_中对应的非空洞线段的长度是否相同,若否,则将SLi中该非空洞线段伸缩变换到与ΤΙ^_中对应的非空洞线段的长度相同,若是,则直接进入下一I K少; 按照图元在线段上的排列顺序将SLi中该非空洞线段的图元的标注迁移到ΤΙ^_中对应的非空洞线段的图元上,排列在前的图元的标记被迁移到排列在前的图元上。
15.根据权利要求10所述的三维模型分割系统,其特征在于,可信度计算模块中按照以下公式计算所述二维投影图中某一图元TPd皮标注上所述二维已标注图片中对应图元SPi的标记对应的可信度Cu,记ΤΙ^_为二维投影图中TP^所在的线,SLi为已标注图片中SPi所在的线: Cij = exp (-(ci+cs (i, j) +cp (i, j)2/ σ 2) ci为TP^所在二维投影图与SPi所在二维已标注图片之间的变形对齐差异与TP^所在二维投影图的宽度的商; cs(i, j) =BiSH(TLySLi),其中,BiSHO函数的定义与上述BiSHO函数的定义相同;cp (i, j)为TP^在ΤΙ^_中的位置排列顺序值与SPi在SLi中的位置排列顺序值的差的绝对值; σ为高斯支持基。
16.根据权利要求15所述的三维模型分割系统,其特征在于,记V为三维模型的图元集合,所述二维已标注图片中图元所属类别的标记包括B1,...Bk,...,Βη,η为所述二维已标注图片中图元所属类别的类别数量; 三维图元标注模块用于统计图元μ被标注上各个类别的标记Bk的可信度C (Bk,μ)Λ=1,...,n 计算图兀μ被标注上标记Bk的概率
全文摘要
一种三维模型分割方法,对三维模型的二维投影图进行图元标注,计算图元标注的可信度,根据计算得到的可信度对三维模型的图元进行标注,进一步将三维模型中被标注为同一标记的图元分割到同一部件,可对非流形结构的三维模型进行准确的分割,分割得到的部件与三维模型表示的实体的组成部件相对应。而且,上述三维模型分割方法将对三维模型分割转换到对二维投影图的图元标注和相关可信度的计算,进一步根据对二维投影图的处理结果对三维模型进行分割,可大幅度的减少三维模型分割过程中的数据处理量。此外,还提供一种三维模型分割系统。
文档编号G06T7/00GK103218818SQ20131013838
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月19日 优先权日2013年4月19日
发明者汪云海, 王天化, 龚明伦, 陈宝权, 黄惠, 谢晓华 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院