基于孔洞填充的残缺模型检索

发布时间：2021-09-29 01:22

　　由于三维模型广泛分布于现实世界中,容易出现因外力损坏、自然破损和扫描不充分而造成三维模型存储到数据库时数据不完整的情况,如何使用残缺的三维模型检测出其在三维模型数据库中相对应的完整三维模型是目前面临的一个难题。因此,本文以残缺三维模型为研究对象,提出了以下两种检索方法:（1）提出了基于孔洞填充和聚类的残缺三维模型检索方法。该方法首先检测并填充残缺三维模型的孔洞,对填充后的三维模型进行预处理,直接计算每点的曲率,作为描述填充三维模型的特征。然后用K-means++聚类算法对检索模型和目标模型进行聚类,并提出了C_DIS相似性度量计算方法,以类为单位计算模型间的相似度。在该方法中,填充孔洞可以为残缺模型补充信息,通过求解径向基函数获得的隐式曲面可以保证填充尽可能逼近完整模型。曲率具有几何不变性,聚类既避免了出现点匹配时曲率相同的情况,也保证了检索模型与目标模型之间一一匹配。C_DIS相似性度量依据Hausdorff距离的计算原理提出,将模型视为几类点集的集合,类内相似度高,类间相似度低,类间匹配更具准确性。（2）提出了基于孔洞填充和可靠度约束的残缺三... 

【文章来源】：山东师范大学山东省

【文章页数】：49 页

【学位级别】：硕士

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多媒体数据类型发展时间线

出所需三维模型成为研究的热点。三维模型携带的数据量巨大[18]，除此之外，与声音、图像、视频等多媒体数据类型相比，三维模型携带的信息更加丰富、细节更加突出。然而，由于三维模型存在于三维世界中，具有前三种多媒体数据类型不具备的空间特性，三维模型在空间位置（如角度、方向等）上各不相同，又因为三维模型广泛存在于自然界中，容易因自然损伤、外力破坏等因素造成缺损，在扫描时也可能因为被遮挡而造成扫描不充分（如下图所示），使得三维模型存储在三维模型数据库中时数据残缺，影响着三维模型的检索效果。图1-2不同原因造成的三维模型缺损综合以上两点考虑，若不论空间位置和是否残缺而为每一个三维模型都进行逼真重建，虽然可以提高三维模型的检索效果，但其工作量可谓极其繁重，也使数据库中的三维模型利用率降低。有学者对数据库中的三维模型与未存储在数据库中的三维模型之间的关系进行了专门研究，发现80%以上未存储在数据库中的三维模型可以直接使用或通过对数据库中的三维模型进行小幅度修改而使用数据库中的三维模型，只有不到20%的部分未存储在数据库中的三维模型需要经过全新设计[19]。基于此项研究结论，综合考虑大部分三维模型存在残缺的现实因素，若能在残缺三维模型与对应的完整三维模型之间建立中间联系，将对残缺三维模型的检索转化为对中间联系的检索，既能达到利用现有三维模型提高残缺三维检索效果的目的，也能使减轻工作负担，具有现实意义。1.2三维模型检索方法研究现状三维模型检索方法在总体上分为基于文本的三维模型检索方法和基于内容的三维模型检索方法。基于文本的三维模型检索方法采用文本标注的方式，该方法需要事先对三维

山东师范大学硕士学位论文8第二章基于孔洞填充和聚类的残缺三维模型检索该方法依据完整三维网格模型中边-面的对应关系获得残缺三维网格模型的孔洞边界，采用多种方法进行初始填充和顶点位置优化，然后使用径向基函数和牛顿迭代法使填充的数据趋于平滑，并更加贴近完整三维模型；然后进行预处理，并为三维模型的每个点构建其近邻矩阵并求解，获得每点处的曲率；最后使用K-means++聚类算法分别对检索模型和目标模型进行聚类，以类为单位计算两模型的相似度，获得检索结果。2.1算法描述2.1.1基于径向基函数的孔洞填充算法在完整三维网格模型中，每条边连接两个网格面片，若模型为残缺三维模型，则必存在只连接一个网格面片的边（如图2-1所示），将所有只连接一个网格面片的边都检索出来，而由这些边首尾相连所包围成的区域即为孔洞区域。图2-1三维网格模型结构对比（左图为完整三维模型网格结构，右图为残缺三维模型网格结构）该方法中三维网格模型为三角形网格。在孔洞区域确定后，使用最小角度法进行初始填充，填充规则为：（1）计算孔洞区域边界边长的平均值和两边之间的夹角，并找出最小的点，记为；（2）计算与相连的两条边界边之间的欧式距离，若<2×，则填充一个三角形网格，反之则填充两个三角形网格（如图2-2所示）；（3）重复第（1）（2）步的操作，并更新边界点信息，直到孔洞填充完成。


本文编号：3412924