三維模型相似性度量及相關(guān)問(wèn)題的研究.pdf

1、三維模型的相似性度量和匹配是計(jì)算機(jī)視覺(jué)、人工智能、圖像處理等領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題，在CAD、集成電路設(shè)計(jì)、機(jī)器人路徑規(guī)劃、數(shù)字化城市、醫(yī)療診斷以及軍事目標(biāo)識(shí)別等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。提取一種有效并且高效的三維模型描述符并將之成功的運(yùn)用于三維模型相似性度量中，方便三維模型的匹配，檢索和識(shí)別，是本文的主要研究?jī)?nèi)容和工作目標(biāo)。
　　 論文首先總結(jié)了三維模型匹配過(guò)程中常用的預(yù)處理方法，以及目前幾種經(jīng)典的基于幾何信息的三維模型匹配算法，并歸納

2、總結(jié)了他們的優(yōu)劣以及適用范圍。三維模型匹配的常用預(yù)處理方法主要包括三維模型離散化、球參數(shù)化和歸一化（平移、尺度、變換）過(guò)程。基于幾何信息的三維模型匹配主要分為基于統(tǒng)計(jì)和基于變換的方法，其中，球諧函數(shù)方法在旋轉(zhuǎn)不變性、效率和識(shí)別力方面的優(yōu)勢(shì)，使之成為目前最好的基于幾何信息的三維模型匹配方法之一。
　　 針對(duì)球諧函數(shù)的信息損失問(wèn)題，本文提出一種改進(jìn)的球諧函數(shù)算法，通過(guò)添加一條坐標(biāo)軸，記錄球參數(shù)方程上的點(diǎn)到其球心的距離信息，從而改善了

3、球諧函數(shù)方法不能識(shí)別部分旋轉(zhuǎn)的物體的缺陷。為改善三維模型描述符的匹配效果，本文還提出了一種基于力場(chǎng)模型的三維形狀描述符。首先假定任意三維模型可以表示成表面質(zhì)點(diǎn)云集合，通過(guò)計(jì)算質(zhì)點(diǎn)間的相互作用力構(gòu)造三維球函數(shù)。在計(jì)算作用力的過(guò)程中，通過(guò)表面曲率計(jì)算質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量為描述符添加了局部信息，從而提高了三維描述符的識(shí)別力。然后利用諧函數(shù)分解得到旋轉(zhuǎn)不變的特征矢量，并通過(guò)計(jì)算矢量間的歐式距離得出三維模型間的不相似度。實(shí)驗(yàn)證明了這兩種算法的有效性和高效性。

4、
　　 接下來(lái)，本文探討了基于拓?fù)湫畔⒌钠ヅ渌惴?，總結(jié)了常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、拓?fù)錁?shù)匹配方法等相關(guān)問(wèn)題。本文對(duì)基于拓?fù)湫畔⒌娜S模型分割進(jìn)行了研究和總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上提出了基于Reeb Graph和分水嶺算法的分割算法。該算法針對(duì)表面片模型，結(jié)合了這兩種分割算法的優(yōu)點(diǎn)，提高了分割的效率，并在分割的基礎(chǔ)上構(gòu)造拓?fù)溥B接樹(shù)，便于下一步的處理。
　　 最后，為識(shí)別關(guān)節(jié)可轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)節(jié)模型，本文提出了基于分割的幾何與拓?fù)湫畔⑷诤系娜S模型相

5、似性度量方法，并將其運(yùn)用到部分匹配、三維模型識(shí)別和數(shù)據(jù)挖掘中。該度量算法結(jié)合了前面的多項(xiàng)研究。首先對(duì)三維模型進(jìn)行基于拓?fù)湫畔⒌姆指詈蜆?gòu)造拓?fù)錁?shù)，接下來(lái)，在拓?fù)淦ヅ涞幕A(chǔ)上對(duì)分割后的三維模型塊進(jìn)行局部的基于幾何信息的匹配。拓?fù)浜途植繋缀纹ヅ渚闪⒌哪Ｐ筒攀亲詈笃ヅ涞哪Ｐ?。本文主要考察人體模型，利用幾何與拓?fù)淙诤系南嗨菩远攘糠椒?，識(shí)別出測(cè)試模型是否為人。實(shí)驗(yàn)證明，本算法可以正確識(shí)別四肢轉(zhuǎn)動(dòng)的人體模型（即拓?fù)渲D(zhuǎn)動(dòng)的三維模型），從而證明了幾何