专利名称：一种基于优化BoW模型的三维模型检索方法
技术领域：
本发明涉及一种基于优化BoW模型的三维模型检索方法，属于多媒体信息检索领 域。
背景技术：
计算机信息检索技术作为信息采集的重要手段和方法已有几十年的发展历程，检 索技术被广泛到文本信息和图像信息检索领域，人们对检索工具的依赖日益增加。近年来， 随着三维扫描技术和计算机图形学的发展以及计算机性能的提高，三维模型检索已成为研 究热点。三维模型在娱乐、医学、机械工程、工业应用等领域得到广泛应用，日益发达的互 联网技术为人们对三维模型的共享和处理提供了条件，三维模型的标准化描述和检索已被 纳入MPEG7的发展框架中。目前三维模型检索分为基于文本的检索和基于内容的检索。 Meshnose三维搜索引擎以及美国Derexel大学的CAD数字图书馆等采用的基于文本的检索 方法，具有较大的主观性和片面性，可靠性和效率较低；美国普林斯顿大学形状检索实验室 开发的三维模型搜索引擎(http://shape, cs. princeton. edu/search. html)是基于内容 的三维模型检索系统(CBMR，Content-Based Model Retrieval)，通过对三维模型特征的相 似性匹配来查找用户所要求的三维模型，这更贴近人们在现实生活中靠直觉印象使用信息 的方式。现有的Bow模型检索方法没有考虑碎片间的空间关系，而这些空间关系在对象描 述中起着非常重要的作用，因此该方法对于组成信息相同、拓扑结构不同的不同三维模型 不能进行区分。另外，现有的基于内容的三维模型检索方法没有采用相关反馈技术，致使模型检 索中低层特征与高层语义之间的鸿沟不能消除。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，针对BoW模型空间位置信息和低层特征与高 层语义的互补关系提出解决方案，提出一种基于优化BoW模型的三维模型检索方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。本发明的一种基于优化BoW模型的三维模型检索方法，作为应用对象的三维模型 文件要先转化为后缀名为“off”的文件格式，其硬件载体为计算机，包括以下步骤(1)计算机读取“off”格式的三维模型文件，并将读入的文件数据用可视化的方 式进行显示；(2)对读入的模型数据中存在的不连通区域进行分割预处理；由于部分三维网格模型中存在非连通独立区域，而进行分割时模型的网格需要具 有连通性，因此在进行三维模型层次分割前先进行分割预处理。判断是否存在不连通区域 的方法为计算三维模型上任意两个面片Fi,Fj的最短路径为D(FiJj),若D(FyFj)值为①， 则模型网格存在不连通区域；否则网格具有连通性。若模型网格存在不连通区域，分割预处理的方法为将不连通区域作为独立区域；(3)采用基于k-wa y层次算法进行模型分割，分割完成后获取模型各部分的空间 信息，形成模型各部分的空间信息矩阵；(4)在增加了空间信息的BoW模型框架下，对三维模型的各个区域采用球面调和 特征描述符描述其形状特征，形成模型各部分的形状特征信息矩阵；(5)基于非线性SVM方法对提取的三维模型空间信息和特征信息进行学习，得出 所采用的SVM径向核函数的参数、步骤(3)中空间信息矩阵的权重和步骤(4)中形状特征 信息矩阵的权重；(6)定义步骤(3)中空间信息矩阵和步骤(4)中形状特征信息矩阵为三维模型特 征矩阵，采用欧氏距离对三维模型特征矩阵进行相似度匹配，根据匹配结果得到相似的三 维模型列表，也即三维模型的检索结果；(7)应用特征空间扭曲理论，通过用户对前次检索结果的交互评价信息计算反馈 值；(8)由步骤(7)得出的反馈值，重复步骤(5)和步骤(6)，直到检索结果正确为止。上述步骤(3)中设定模型区域分割最大数M = 5，分割时将模型不同区域标号为 [Label 0，……,Label 4]，空间位置信息矩阵GM的大小为5*5，当实际分割区域数小于M 时，GM中相应的空间位置信息记为0。有益效果本发明考虑了三维模型各部分之间的空间关系，可以识别组成信息相同而拓扑结 构不同的不同三维模型；相比于传统的SVM学习器，提高了学习系统的效率；采用反馈技术 降低了模型检索中低层特征与高层语义之间的鸿沟，利用用户提供的反馈信息，在已知区 间内动态寻找径向核函数的参数的最优化组合，提高了学习系统的性能。
图1为本发明的实施例中需要检索的模型；图2为本发明的步骤流程图；图3为本发明的实施例中将读取的三维模型文件的可视化显示图；图4为本发明的实施例中模型的层次分割结果；图5为本发明的实施例中采用优化BoW模型的检索结果；图6为本发明的实施例中未采用优化的BoW模型的检索结果；图7为本发明的实施例中第一次用户反馈的检索结果；图8为本发明的实施例中第二次用户反馈的检索结果；图9为本发明的实施例中第三次用户反馈的检索结果。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。实施例一种基于优化BoW模型的三维模型检索方法，应用于3D游戏场景设计中，3D游戏 的场景设计往往需要大量的3D模型，而在场景设计中往往需要若干个相同或相似的3D模型，需要检索的模型如图1所示，模型的数据保存在“mioo. off”文件中；如图2所示，检索 方法步骤如下(1)计算机读取三维模型文件“mlOO. off,并将读入的文件数据用可视化的方式 进行显示，模型显示如图3所示；(2)对读入的模型数据中存在的不连通区域进行分割预处理；
由于本模型为连通模 型，因此并不需要进行预处理；(3)采用基于2-way的层次算法进行模型分割，分割完成后获取模型各部分的空 间信息，形成模型各部分的空间信息矩阵，模型的层次分割结果如图4示；图4显示的是模型(猪)的层次分割结果，共分割成五个区域，采用颜色来区分各 个区域，如褐色(身)、绿色(蹄)、深蓝色(尾)、黄色(鼻)、淡蓝色(耳)代表五个不同 的区域。分割完成后，可以得到五个区域的拓扑图，用空间信息矩阵GM来进行描述，
权利要求
1.一种基于优化BoW模型的三维模型检索方法，作为应用对象的三维模型文件要先转 化为后缀名为“off”的文件格式，其硬件载体为计算机，其特征在于包括以下步骤(1)计算机读取“off”格式的三维模型文件，并将读入的文件数据用可视化的方式进 行显不；(2)对读入的模型数据中存在的不连通区域进行分割预处理；具体过程为计算三维模型上任意两个面片Fi, Fj的最短路径为D (FijFj)，若D (Fi, Fj)值为①，则模 型网格存在不连通区域，否则网格具有连通性；若模型网格存在不连通区域，分割预处理的方法为将不连通区域作为独立区域；(3)采用基于kiay层次算法进行模型分割，分割完成后获取模型各部分的空间信息， 形成模型各部分的空间信息矩阵；(4)在增加了空间信息的BoW模型框架下，对三维模型的各个区域采用球面调和特征 描述符描述其形状特征，形成模型各部分的形状特征信息矩阵；(5)基于非线性SVM方法对提取的三维模型空间信息和特征信息进行学习，得出所采 用的SVM径向核函数的参数、步骤(3)中空间信息矩阵的权重和步骤中形状特征信息 矩阵的权重；(6)定义步骤(3)中空间信息矩阵和步骤中形状特征信息矩阵为三维模型特征矩 阵，采用欧氏距离对三维模型特征矩阵进行相似度匹配，根据匹配结果得到相似的三维模 型列表，也即三维模型的检索结果；(7)应用特征空间扭曲理论，通过用户对前次检索结果的交互评价信息计算反馈值；(8)由步骤(7)得出的反馈值，重复步骤(5)和步骤(6)，直到检索结果正确为止。
2.根据权利要求1所述的一种基于优化BoW模型的三维模型检索方法，其特征在于 步骤(3)中设定模型区域分割最大数M = 5，分割时将模型不同区域标号为[Label 0，……， Label 4]，空间位置信息矩阵GM的大小为5*5，当实际分割区域数小于M时，GM中相应的空 间位置信息记为O。
全文摘要
本发明涉及一种基于优化BoW模型的三维模型检索方法，属于多媒体信息检索领域。包括以下几个步骤读入模型文件并显示、分割预处理、模型分割、提取形状特征、采用SVM算法进行学习、进行相似性匹配和用户反馈。本发明考虑了三维模型各部分之间的空间关系，可以识别组成信息相同而拓扑结构不同的不同三维模型；相比于传统的SVM学习器，提高了学习系统的效率；采用反馈技术降低了模型检索中低层特征与高层语义之间的鸿沟，利用用户提供的反馈信息，在已知区间内动态寻找径向核函数的参数的最优化组合，提高了学习系统的性能。
文档编号G06F17/30GK102073713SQ201010624290
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者俞伟峰, 国飞飞, 孙新, 宋红, 张艳, 王佳伟 申请人:北京理工大学