专利名称：一种三维模型的二维特征提取系统与提取方法
技术领域：
本发明涉及一种三维模型的二维特征提取系统与提取方法，属于多媒体信息检索技术领域。
背景技术：
由于三维模型所包含的特征信息十分丰富，因此产生了个多种侧重点不同的特征描述法，如统计描述、拓扑描述、几何描述、视觉描述、局部特征描述和复合描述等。而在上述集中特征描述方法中，视觉描述是最符合人类视觉的认知习惯的，因此也成为了三维模型检索的热点之一。视觉描述的概念是先将三维模型转换为二维投影图像，然后利用二维图像处理领域已经成熟的技术描述这些投影面的各种特征。由于三维模型的初始尺度大小、旋转朝向以及位置都会随模型的不同而不同，因此为有效对模型进行对比，对所有模型进行标准化对于常规基于多观察面的三维模型检索方法来说是特征提取前的重要步骤。目前通用的基于旋转标准化的控制方法有主员分析法(PCA)及其衍生算法。其主要原理就是利用一系列的仿射变换找到物体的内在坐标系，并将该坐标系调整至与外在统一坐标系重合的位置，法向量主元分析法(Normal PCA)通过分析组成模型的三角面片的法向量找到物体内在坐标系，而连续主成份分析(CPCA)将模型表面视为一个连续的方程进行变换，最终实现同一个功能。但是旋转标准化算法只能对部分模型能够达到很高的标准化一致性，还没有任何一种算法能够保证使得每一类的所有模型都能够被100%地对齐到一致的方向上去，这就会使得对其不一致的模型在与其他模型比较对应面的时候差别较大，最终导致检索出错。不考虑旋转标准化的控制方法的思想是找到一种无需进行模型标准化的检索框架。这种框架就是正多面体投影方案。将不同观察面上提取到的特征向量合并为一个整体的特征集合作为这个三维模型的特征表示。而应用此框架的同时又会产生一个要求就是三维模型的同一特征集在模型发生旋转角度变化的时候需要具有一定的稳定性。解决此问题的一个有效方法就是选取一种一定角度内具有视角不变性的特征描述子来描述观察平面图像。
发明内容
本发明的技术解决问题:克服现有技术的不足，提供一种三维模型的二维特征提取系统与提取方法，用户不必考虑三维模型的旋转标准化问题，为非专业人士使用三维模型检索系统提供了一种灵活的人机交互接口，增强了实用性；减少了系统开销，提高了系统的正确率和效率。本发明的技术解决方案:一种三维模型的二维特征提取系统与提取方法，如
图1所示包括:
三维模型建模模块:对输入的三维模型数据文件进行三维模型的建模，采用正二十面体建模方式。然后将三维模型坐标规范模块，对三维模型进行平移、旋转的规范化预处理，计算出所述规范化预处理后的三维模型相对于包围盒二十个表面的深度，将三维模型合理放置于正二十面体内；视角向量计算模块:对输入的三维模型数据文件进行正二十面体建模后，利用正二十面体每个面的三个顶点的坐标，计算出该面的法向量，并将该向量规范化，作为三维模型的二十个二维投影向量；三维模型投影模块:根据计算所得的二十个投影向量，在每个投影向量上分别对三维模型进行二维投影，获得三维模型的二十幅二维投影图像，生成并保存为投影图像文件；三维模型二维特征提取模块:分析所获得的二十幅二维投影图像，提取每幅图像的SIFT特征描述子。对每幅二维图像的尺度空间极值点进行检测，然后定位极值点中的关键点并对关键点的方向进行分配，最后生成关键点的描述子(SIFT特征描述子)。所述的三维模型建模模块实现过程如下:初始化三维模型，对输入的三维模型文件进行解析，将三维模型坐标规范，对三维模型进行平移、旋转的规范化预处理，计算出所述规范化预处理后的三维模型相对于包围盒二十个表面的深度，将三维模型合理放置于正二十面体内；所述的视角向量计算模块实现过程如下:用于利用正二十面体每个面的三个顶点的坐标，计算出该面的视角向量，设Ai (xn, yn, zn), Bi (xi2, yi2, zi2), Ci (xi3, yi3, zi3)为正二十面体的三个顶点坐标,为正二十面体中的面的视角向量，规范化`因子设为k，则士的计算方法如下:
权利要求
1.一种三维模型的二维特征提取系统，其特征在于包括: 三维模型建模模块:对输入的三维模型数据文件进行三维模型的建模，采用正二十面体建模方式，得到三维模型，再对三维模型进行平移、旋转的规范化预处理，计算出所述规范化预处理后的三维模型相对于包围盒二十个表面的深度，将三维模型放置于正二十面体内； 视角向量计算模块:对输入的三维模型，利用正二十面体每个面的三个顶点的坐标，计算出该面的法向量，并将该法向量规范化，作为三维模型的二十个二维投影向量； 三维模型投影模块:根据视角向量计算模块计算所得的二十个投影向量，在每个投影向量上分别对三维模型进行二维投影，获得三维模型的二十幅二维投影图像，生成并保存为投影图像文件； 三维模型二维特征提取模块:分析所获得的二十幅二维投影图像，提取每幅图像的SIFT特征描述子，即对每幅二维图像的尺度空间极值点进行检测，然后定位极值点中的关键点并对所述关键点的方向进行分配，最后生成关键点的描述子，即SIFT特征描述子。
2.根据权利要求1所述的一种三维模型的二维特征提取系统，其特征在于:所述视角向量计算模块实现过程如下: 用于利用正二十面体每个面的三个顶点的坐标，计算出该面的视角向量，Tx Ai (Xil, Yilj Zil) j Bi(xi2，y 12，Zi2)，Ci(xi3，yi3 zi3)为正_■十面体的二个顶点坐丰不，&(x,，y,.，zi)为正二十面体中的面的视角向量，规范化因子设为k，则七的计算方法如下:
3.—种三维模型的二维特征提取方法，其特征在于步骤如下: (1)对输入的三维模型数据文件进行三维模型的建模，采用正二十面体建模方式，然后将三维模型坐标规范模块，对三维模型进行平移、旋转的规范化预处理，计算出所述规范化预处理后的三维模型相对于包围盒二十个表面的深度，将三维模型合理放置于正二十面体内； (2)对输入的三维模型数据文件进行正二十面体建模后，利用正二十面体每个面的三个顶点的坐标，计算出该面的法向量，并将该向量规范化，作为三维模型的二十个二维投影向量; (3)根据计算所得的二十个投影向量，分别对三维模型进行二维投影，获得三维模型的二十幅二维投影图像，生成并保存为投影图像文件； (4)分析所获得的二十幅二维投影图像，提取每幅图像的SIFT特征描述子，即对每幅二维图像的尺度空间极值点进行检测，然后定位极值点中的关键点并对关键点的方向进行分配，最后生成关键点的 描述子(SIFT特征描述子)。
全文摘要
一种三维模型的二维特征提取系统与提取方法，该系统及方法在基于视觉的三维模型检索过程中提供一种有效辅助决策支持。该系统由4个模块组成三维模型建模模块、视角向量计算模块、三维模型投影模块以及三维模型二维特征提取模块。该方法通过对三维模型建模、视角向量计算、三维模型投影以及三维模型二维特征提取4个过程实现。使该系统具有开发周期短、可维护性好、以及易修改性强的优点，此外，用户通过使用该系统便可以得到三维模型的二维投影图像，通过二维投影图像可以获取三维模型的二维特征，为基于视觉的三维模型检索系统提供了有效的系统支持。
文档编号G06T17/00GK103116904SQ20121040739
公开日2013年5月22日 申请日期2012年10月23日 优先权日2012年10月23日
发明者冷彪, 李素凌, 熊璋 申请人:北京航空航天大学深圳研究院