论文基于二维投影的三维模型检索方法研究

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1、摘要3D数据获取技术、图形硬件、三维数据模型和可视化技术的发展，致使3D模型的增多。三维扫描技术与造型工具的日益普及，扩展了可供使用的三维模型数据库：互联网络的扩张增强了人们获取分散存储的三维模型的能力，并为有效传播高质量模型创造了条件，因此研究一种自动的、对用户友好的三维模型的检索技术成为一个重要的课题。对于基于内容的3D模型检索系统，最根本的问题是选取恰当的特征来区别不同的形状，以用来有效的索引相似的文件数据。3D模型检索方法可大致的分为3类：①基于外形的低层方法；②基于结构的高层方法；③基于视角的方法。基于外形的低层方法尝

2、试通过几何和拓扑的属性描述3D模型的形状，外形可以是由单独向量组成的一些外形参数的固定数值或一系列外形参数的分布范围；基于结构的高层方法尝试把3D模型分解成一系列关键部分，并提炼出这些部分的几何关系；基于视角的方法通过一系列从不同角度的二维投影来得出三维模型的外观。在对已有三维模型检索技术的进行系统研究的基础上，本篇论文提出了一种基于二维投影的三维模型检索方法，用以3D模型检索。此方法是以常量去转化并评价3D模型，并且它对于旋转是稳定的。实验数据显示，对于一些类型的三维模型，提出的基于二维投影的方法有着良好的查全率和查准率，是行

3、之有效的方法之一。关键词：三维模型检索；基于二维投影；特征提取；相似度计算第一章绪论1．1研究的背景及意义我们处在一个三维世界里，一切被我们感知的物体都以三维的形式存在，人类的视觉不仅能够感知二维平面的信息，且具有立体三维的特性。与二维图像相比，三维的模型所提供的视觉感知细节更多、更丰富，能够给人们带来更加详细的信息。三维模型的研究成为了一个热点话题，是因为：(1)随着三维数据获取，如数字摄像机、扫描仪、核磁共振和3D激光扫描仪设备的功能越来越强，使用越来越方便，技术手段不断进步和成熟，使三维信息获取和表达变得越来越容易；(2)

4、众多三维建模软件和工具(如3DMax，AutoCAD，Poser，Core3D等)使得三维模型的设计变得简单；(3)三维模型建模的专业需求越来越强，分子工程、地貌气象分析、工业产品设计、医学建模、虚拟军事行动等，都广泛使用了三维技术。构建数字化模型，可帮助科研人员更加直观、精确地处理各自领域问题；(4)在娱乐领域，游戏、电影产业的发展，使人们已经不满足于二维画面，传统的制作方法已经成为历史，精美绚丽的三维动画随处可见。而三维建模本身，也成为了一门艺术门派；(5)计算机图形学技术发展迅速，三维图形处理硬件和CPU的速度已足够快，而

5、且价格便宜，使得三维数据能在微机上快速处理和显示；(6)蓬勃发展的互联网技术也使人们对信息共享和处理的方式发生了根本性的改变，网络已经成为人们获取信息的重要途径。互联网的普及，使三维模型被更广泛地转播和共享。(7)各软件，各版本的三维数据兼容化、共享化趋势，加速了模型的标准化进程。三维模型已成为继声音、图像和视频之后的第四种多媒体数据类型。目前有数以兆计的三维模型存在，而且每天都有大量的三维模型产生和传播，可以预见，在不久的将来，人们可以像使用二维图像一样使用三维模型。因此，为了从浩如烟海的信息中快速准确地找到需要的内容，人们存

6、在着对三维模型进行检索的迫切需求。1．2三维模型检索系统的发展作为新兴的领域，三维检索有重要的学术意义及应用价值。如，目前在我国，知识产权保护工作越来越受到重视，而知识产权保护的相关工作量也越来越大。在各种专利尤其是外观设计的申请的核准、审查和批复的过程中，都需要对各种三维模型进行比较。在工业设计过程中，三维数据可以完全提供产品的几何信息，为了实现给料、加工、质检的自动化，需要反复快速地检索、匹配标准零件模型库，在一个大型数据库中找到适合的三维模型。数字化地球战略的推行，数字农业，生态环境保护，风险预警，路径规划应用中需要检索海

7、量的三维模型标本。分子生物学基因技术中，蛋白质三维结构与功能的关系，是当前的重大科学问题，蛋变质三维结构相似性比较则是探索生命科学奥秘的重要手段，从计算机图形和视觉的角度来审视蛋白质三维空间结构的相似性检索，有着广阔的应用前景。互联网上也出现了大量的三维模型库，许多网站也将三维模型作为一种数字化商品提供给使用者。相对于二维多媒体信息的获取，三维模型的建模更加复杂。显然，搜索、共享大量的三维模型数据；在现有的模型基础上进行分类、比较、改进；把互联网，数据库技术与三维模型建模技术相结合显然更加节约成本。如今，人们的问题已经由“如何建

8、造模型”转换为“如何检索所需要的现有模型"。要在一个大型数据库中找到适合的多媒体信息，检索是一种必要的技术手段。三维模型检索的思想起源于三维模型识别，三维模型匹配以及基于内容的模型检索。在基于内容的三维模型检索领域，国外开展得比较早1997—1998年，加拿大国