三维模型检索技术研究与系统实现

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题来源及研究的目的和意义1.1.1课题来源黑龙江省科技攻关项目：面向中小企业PDM系统功能的软构件开发及软构件库建设(GB05A103)。1.1.2课题研究的目的和意义随着Internet技术与多媒体的飞速发展，数字化信息可以以不同的形式在网络上方便、快速地传输，它们已经逐渐成为人们信息交流的重要手段。目前，人们可以通过网络或者其他途径获得大量的多媒体信息，再从中提取自己需要的信息。多媒体信息检索系统很早就获得人们的重视，并且得到了很大的发展。在机械设计领域，随着CAD

2、/CAM技术的迅速发展和广泛应用，三维实体模型呈爆炸式地增长，如何从海量的实体模型中快速、有效地检索出需要的模型，并加以重用己成为机械设计领域的一个迫切需求。企业设计人员进行产品的三维设计时，常常要借鉴以前设计的同类型部件，从同类型零部件中检索出与当前新设计零部件最相似的模型，对新的设计工作将是一个重要支持。历史设计的部件模型数量较少时，完全可以用手工来查找，或根据设计师的经验和记忆，完成设计任务。但是，当历史零部件模型较多时，那么仅凭设计师的记忆，很难在短时间内准确查找到所需要的模型。此时就需要计算机替代或者部分代

3、替进行这种检索工作，加速设计的进程。此外，在其他需要大量处理三维几何信息的领域中，三维搜索引擎也有着广泛的应用前景，这将使其应用逐渐成为一种趋势。随着三维模型数据库的规模逐渐扩大，三维模型检索的需求愈加急迫，高精度高效率的三维模型检索引擎已经成为当前研究的一个热点。很多学者对三维模型的检索进行了研究，提出了一些有效的方法：如基于几何轮廓、基于视觉图像等方法已经被证明在一定意义和一定范围内是有效的。但是，--1哈尔滨工业大学工学硕士学位论文现有的算法还是存在不足，主要集中在检索效率，检索精度和检索的稳定性方面。针对上述

4、问题，本文着重研究如何提高三维模型检索效率和准确性，提出和改进了多个检索方法，对提出和改进的检索方法进行了实验，开发了三维模型检索系统。实验结果证明：本文提出和改进的算法能够有效提高三维模型的检索效率和准确性，达到了研究的预期目标。1.2国内外研究现状及分析1.2.1三维模型检索系统的发展现状从80年代开始，三维检索技术在一些专业领域得到了重视，并获得了较好的实用价值。例如，在机械零件设计，生物分子分析，地形匹配等领域，三维模型检索系统得到了广泛应用。近年来，三维技术有了很大的发展，三维模型的使用也日益广泛。如何在大

5、量的三维模型中检索出所需要的[1]三维模型，是三维模型检索技术的主要研究方向。经过近几年的发展，三维模型检索系统的研究取得了较大的进展。很多学者和研究人员设计了不同的三维模型检索系统。有些研究机构甚至已经提供了基于WEB的三维模型检索系统，用户可以通过网络检索并获得需要的[2]三维模型。其中，具有较大影响的是美国普林斯顿大学提供的检索系统，[3][4]台湾国立大学提供的检索系统，德国莱比锡大学提供的检索系统以及希[5]腊信息与通讯研究机构提供的检索系统等。但是，国内对三维模型检索的研究起步比较晚，相关的文献和系统也比

6、较少。普林斯顿大学是国际上最早对三维模型检索系统进行研究的机构之一，他们经过多年研究，提供了一个比较完整的三维模型检索系统，如图1-1[2]所示。该系统为B/S架构，主要包含了爬虫模块、三维模型数据库模块，三维模型索引数据库模块、三维模型相似性比较模块和用户查询界面模块，其功能为：--2哈尔滨工业大学工学硕士学位论文图1-1普林斯顿三维模型检索系统界面Fig.1-1Princeton3DModelSearchEngine(1)爬虫(Crawle)模块爬虫模块主要用于从网络上自动搜索并且下载各种三维模型文件，以扩充检索

7、系统的数据库。运用这个模块可以广泛收集网络中各种三维模型数据资源，从而迅速扩充检索系统的数据库容量。(2)三维模型数据库模块该模块用于存储各种三维模型文件，普林斯顿大学提供的三维模型数据库包含了36000个以上三维模型，包含生活中各种常见的三维模型。(3)三维模型索引数据库模块该模块提供了三种索引，分别是文本索引、图像索引和三维模型索引。文本索引基于三维模型的文本描述信息进行检索；图像索引基于三维模型的二维平面轮廓特征信息进行检索；三维模型索引基于三维模型的集合特征信息进行检索。普林斯顿大学提供的三维模型检索系统与文

8、本检索系统、图像检索系统有着密切的联系，文本检索系统技术和图像检索系统技术可以应用到三维模型检索系统中。(4)三维模型特征比较模块该模块包含了三维模型特征比较方法。这三种特征比较方法分别与索引数据库模块的三种索引相对应，分别是文本相似性比较、图像相似性比较和三维模型相似性比较。特征比较算法的计算效率、相似度计算方法直接关系到三维模型检索系统的检