一种图形的构建方法及匹配方法以及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种几何图形的特征提取以及匹配检索方法，具体地说是一种几何图 形的构建方法及匹配方法。
【背景技术】
[0002] 几何学是数学的一个重要分支，几何学发展历史悠长，内容丰富，它和代数、分析、 数论等等关系极其密切。几何思想是数学中最重要的一类思想。目前的数学各分支发展都 有几何化趋向，即用几何观点及思想方法去探讨各数学理论。因此，几何教学也成为数学教 学中的重要科目之一。
[0003] 随着越来越多的教学内容实现了数字化，并以电子文档的形式储存，如何让计算 机来理解电子文档中的图片则成为一个极其重要的问题。平面几何题图形是文档图形的一 种，可以将大量的几何题目以电子文档的形式存储，方便老师和同学学习和应用。但是对于 大量的几何题目，要获取所需的几何题目，则需要通过检索来实现。
[0004] 目前几何题的检索只是利用题中文本部分的关键字来进行匹配检索，但是，对于 几何题目而言，其主要的特征都表现在图形中，文字的描述并不能充分地代表整个几何题， 如果仅使用题目中的文字进行检索，很难得到准确的检索结果。
[0005] 现有技术中有一些图像检索方法，但是对于图像特征稀少、具有复杂的空间位置 关系以及复杂图元种类的几何图形，现有技术无法提取有效特征来用于图像检索。
【发明内容】
[0006] 为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中对于几何题目只支持题干关键 词来检索且现有的图像提取方法无法提取有效的特征进行检索，从而提出一种几何图形的 构建方法及匹配方法。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供一种几何图形的构建方法，包括提取几何图形 的直线图形和非直线图形；确定所述直线图形的属性信息；确定所述非直线图形的属性信 息；确定所述直线图形和所述非直线图形的位置信息；根据所述直线图形的属性信息、所 述非直线图形的属性信息和所述位置信息，构建所述几何图形。
[0008] 此外，本发明还提供一种几何图形的匹配方法，包括将第一图形的直线图形的属 性信息与第二图形的直线图形的属性信息进行比较得到第一匹配代价；将第一图形的非直 线图形的属性信息与第二图形的非直线图形的属性信息进行匹配得到第二匹配代价；将第 一图形的直线图形和非直线图形的位置信息与第二图形的所述直线图形和所述非直线图 形的位置信息进行比较得到第三匹配代价；根据所述第一匹配代价、第二匹配代价、第三匹 配代价确定综合匹配代价。
[0009] 另外，本发明还提供一种获取最优匹配几何图形的方法，包括选择一个或多个参 考图形；采用所述几何图形的匹配方法计算每个参考图形与目标几何图形的匹配代价；根 据所述匹配代价获取最优匹配几何图形。
[0010] 相应地，本发明还提供一种几何图形的构建系统，包括图形提取单元：提取几何图 形的直线图形和非直线图形；第一信息确定单元：确定所述直线图形的属性信息；第二信 息确定单元：确定所述非直线图形的属性信息；第三信息确定单元：确定所述直线图形和 所述非直线图形的位置信息；构建单元：根据所述直线图形的属性信息、所述非直线图形 的属性信息和所述位置信息，构建所述几何图形。
[0011] 此外，还提供一种几何图形的匹配系统，包括第一匹配处理单元：将第一图形的直 线图形的属性信息与第二图形的直线图形的属性信息进行比较得到第一匹配代价；第二匹 配处理单元：将第一图形的非直线图形的属性信息与第二图形的非直线图形的属性信息进 行匹配得到第二匹配代价；第三匹配处理单元：将第一图形的直线图形和非直线图形的位 置信息与第二图形的所述直线图形和所述非直线图形的位置信息进行比较得到第三匹配 代价；综合匹配单元：根据所述第一匹配代价、第二匹配代价、第三匹配代价确定综合匹配 代价。
[0012] 最后，本发明还提供一种最优匹配几何图形的系统，包括选择单元：选择一个或多 个参考图形；匹配单元：采用所述几何图形的匹配方法计算每个参考图形与目标几何图形 的匹配代价；最优匹配单元：根据所述匹配代价获取最优匹配几何图形。
[0013] 本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，
[0014] (1)本发明提供一种几何图形的构建方法，包括提取几何图形的直线图形和非直 线图形，分别确定直线图形和非直线图形的属性信息，并确定直线图形和非直线图形的位 置关系。本方案中，将几何图形中的直线图形和非直线图形分别提取，便于更好的描述不同 类型图形的属性，此外，通过直线图形和非直线图形的位置关系进一步将该几何图形的图 形属性完整的表达，使用该方式可以很好的描述了几何图形的图元属性和空间结构特征， 可以分析有复杂结构、多种类型图元的几何特性，对于理解分析检索几何图形发挥了重要 作用。
[0015] (2)本发明中还提供一种几何图形的匹配方法，对于两个几何图形，将分别提取的 直线图形的属性信息、非直线图形的属性信息以及直线图形和非直线图形的位置信息分别 进行比较，然后综合这三个比较结果获取综合匹配代价，从图元特征、类型以及位置关系等 多个层面进行几何图形的匹配，从而可以获得更好的匹配结果，提高了几何图形的匹配精 度和匹配效率，为几何题目的检索提供了更好的方式。
[0016] (3)本发明还提供一种获取最优匹配几何图形的方法，采用上述几何图形的匹配 方法，获取所有目标图形与几何图形库中的所有参考图形的匹配度，然后根据需要选取满 足条件的参考图形作为匹配结果，该方式便捷且易于实现，匹配结果按照需要来选取，如选 取匹配程度高于阈值的部分或者降序排列选取排列在前的部分，根据需要灵活设置。
[0017] (4)本发明还提供一种几何图形的构建系统，使用上述几何图形的构建方法来实 现，通过直线图形、非直线图形以及其位置关系来实现图形重构，有利于对复杂、多元的几 何图形进行分析。
[0018] (5)此外，本发明还提供使用上述几何图形的匹配方法的匹配系统，也是从上述几 何图形重构的三层信息进行匹配，获得综合匹配代价，对几何图形之间的匹配实现了量化， 为检索提供依据。
[0019] (6)在上述基础上，本发明还提供一种获取最优匹配几何图形的系统，采用上述获 取最优匹配几何图形的方法，将量化的匹配结果根据需要进行最优输出，获得最优的结果， 从而实现了几何图形之间的检索排序，获取用户所需数量的接近的几何图形。
【附图说明】
[0020] 为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合 附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
[0021] 图1是本发明实施例1中几何图形的构建方法的流程图；
[0022] 图2-1至图2-4是本发明实施例2中几何图形构建过程的示意图；
[0023] 图2-5至图2-10是本发明实施例2中图2-1中的节点属性示意图；
[0024] 图3-1至图3-3是本发明实施例2中的几何图形的示意图；
[0025] 图3-4至图3-9是本发明实施例2中图3-1中的节点的属性示意图；
[0026] 图4-1至图4-3是本发明实施例3中的几何图形的示意图；
[0027] 图4-4至图4-6是本发明实施例3中图4-1中的节点的属性示意图；
[0028] 图5-0至5-3是本发明实施例5中应用实例1的匹配示意图；
[0029] 图6-1至6-4是本发明实施例5中应用实例2的匹配示意图；
[0030] 图7-1、图7-1-1至图7-1-5、图7-2、图7-2-1、图7-3是本发明实施例5中应用实 例3的匹配示意图；
[0031] 图8-1、图8-1-1、图8-1-2、图8-2、以及图8-2-1至图8-2-3、图8-3是本发明实施 例5中应用实例4的匹配示意图；
[0032] 图9是本发明实施例7中的流程图；
[0033] 图10是本发明实施例7中的直线图形和非直线图形的提取示意图；
[0034] 图11是本发明实施例7中的属性结构图；
【具体实施方式】
[0035] 实施例1 :
[0036] 本实施例中提供一种几何图形的构建方法，包括以下过程：
[0037] 首先，提取几何图形的直线图形和非直线图形。检测圆形、弧形并将此类非直线型 的图元分离出来形成非直线图形，余下的部分自动形成直线图形。
[0038] 然后，确定所述直线图形的属性信息，该属性信息包括节点的度、节点邻接边属 性、节点几何属性中的一种或几种。节点的度是指与这个点连接的直线的分支的数量，也就 是说从这个点出发存在几个分支。节点邻接边属性包括相邻边最大边长度、相邻边最小边 长度中的一个或两个。所述节点几何属性包括最大角度、最小角度、是否为中点、是否是端 点、是否是垂足、是否引出角分线、是否是切点、是否包含至少两条等长的邻接边等中的一 个或多个。
[0039] 同时，确定所述非直线图形的属性信息，其中属性信息包括以下一种或几种：图元 个数、图元半径均值、图元半径方差、图元面积均值、图元面积方差、图元圆心角均值、图元 圆心角方差、图元周长均值、图元周长方差、任意图元中心之间距离的均值。
[0040] 此外，还需要确定所述直线图形和所述非直线图形的位置信息，其中位置关系包 含关系、内切关系、外切关系、相交关系、相离关系中的一种或多种位置关系。
[0041] 最后，根据所述直线图形的属性信息、所述非直线图形的属性信息和所述位置信 息，构建所述几何图形。由于直线图形的属性信息、非直线图形的属性信息以及它们之间的 位置关系都已经获取，根据上述两类属性信息和位置关系则可以得到该图形的整体特征， 构建出该几何图形。
[0042] 在其他的实施方式中，在上述步骤之前，首先对几何图形进行预处理，如对二值化 图像膨胀腐蚀来填充空隙，细化提取图形骨架线，检测关键点和边等。
[0043] 本实施例中提供一种几何图形的构建方法，包括提取几何图形的直线图形和非直 线图形，分别确定直线图形和非直线图形的属性信息，并确定直线图形和非直线图形的位 置关系。该方案中，将几何图形中的直线图形和非直线图形分别提取，便于更好的描述不同 类型图形的属性，此外，通过直线图形和非直线图形的位置关系进一步将该几何图形的图 形属性完整的表达，使用该简单的方式，可以很好的描述了几何图形的图元属性和空间结 构特征，可以分析有复杂结构、多种类型图元的几何特性，对于理解分析检索几何图形发挥 了重