三维模型特征提取与检索课件

三维模型检索技术王潇2006.12.08三维模型检索技术王潇1基于内容的多媒体检索技术

（content-basedmultimediaretrieval）图像检索视频检索三维模型检索基于内容的多媒体检索技术

（content-basedmu2三维模型的特殊性：同时具有表面属性和几何特性多种表面属性：颜色，纹理，透明度及反射系数等多种几何特性的表示方式：体元集合，参数化曲面，多边形网格包围的实体等三维模型的特殊性：3三维模型检索技术的关键特征的提取特征的描述特征的比较三维模型检索技术的关键4对特征的基本要求几何不变性平移，旋转，缩放不变鲁棒性对噪音，重采样，简化的鲁棒性对特征的基本要求5三维模型模型坐标预处理与标准化特征提取及索引二维特征索引文本关键字索引三维特征索引二维相似性匹配文本相似性匹配特征提取检索界面三维模型实例二维投影视图二维草图文本描述检索结果输出用户三维相似性匹配图1一个典型的三维模型检索系统框架[1]WEB爬虫反馈三维模型模型坐标特征提取二维文本三维二维文本特征提取检三维模61.模型坐标预处理与标准化常采用的预处理方法有两种：使用主成分分析(principalcomponentanalysis,PCA)[2]方法对三维模型坐标进行标准化,计算其标准化的坐标框架,然后,在此标准化坐标系内提取相应的特征；(2)体素化：将三维模型的外包立方体按坐标轴方向切分成N×N×N个体单元,使用体数据表示模型，N一般是2的n次幂。1.模型坐标预处理与标准化常采用的预处理方法有两种：7模型坐标的标准化又称姿态估计(poseestimation)。在进行特征提取和相似性匹配之前,必须先将所有待比较的三维模型变换至一个标准坐标系的范围内。这样，即使同一个三维模型具有不同尺度、不同位置、方向、旋转角度和不同精度的细节层次时，其表示方式仍具有唯一性。模型坐标标准化的目的在于使得三维模型检索独立于其所采用的具体数据表示方式。模型坐标的标准化又称姿态估计(poseestim8为保证平移不变性，需要将模型的质心平移至坐标原点的位置；为保证旋转不变性，采用PCA方法，在一个标准坐标平面中对齐模型；为保证方位不变性,还需要进行翻转变换,以保证互为镜面映像的三维模型在表示方式上的同一性；为保证尺度大小不变性，要将旋转后的三维模型归一化至标准单元大小。为保证平移不变性，需要将模型的质心平移至坐标原点的位置；9因此,一个完整的坐标模型标准化过程可以表示为如下的几何变换：τ:τ(I)=s·

F

·

R

·

(I-c)[3]其中，s

是放缩系数，F

是一个对角阵形式的翻转矩阵，R

为对应于PCA变换的旋转矩阵，I

为原始模型坐标，c

为坐标原点。-1因此,一个完整的坐标模型标准化过程可以表示为如下的几何变换：102.特征提取形状特征/表面属性特征形状特征一般着重于描述三维模型的几何形状和表面拓扑关系，通常基于三维表面、三维体元及其顶点集合以及结构化建模来描述三维模型的形状特性。2.特征提取形状特征/表面属性特征11主要的形状特征提取方法基于几何结构分析的形状特征提取(2)基于拓扑关系的形状特征提取(3)基于函数投影的形状特征提取(4)基于统计特性的形状特征提取主要的形状特征提取方法基于几何结构分析的形状特征提取123.相似性匹配通过特征提取，相似的三维模型可以表示为在特征向量空间中将近的一组特征向量。相似的三维模型在对应的特征向量空间中具有相近的距离，而不相似的三维模型间的距离足够大。3.相似性匹配通过特征提取，相似的三维模型可以表示为在特征向13已实现的三维模型搜索引擎实例普林斯顿大学形状检索与分析实验室（ShapeRetrievalandAnalysisGroup）规模最大的三维模型数据库/search.html已实现的三维模型搜索引擎实例普林斯顿大学形状检索与分析实验14台湾大学通讯与多媒体实验室使用基于MPEG-7标准的三维形状描述符和多视图描述符进行特征描述http://3.tw/~dynamic/cgi-bin/DatabaseII_v1.8/index.html台湾大学通讯与多媒体实验室15一个传统的人工索引的三维检索的例子符合高级语义，但不能应用于海量数据搜索/model_list.asp?id=81&id1=1314一个传统的人工索引的三维检索的例子16参考文献[1]杨育彬，林珲，朱庆，基于内容的三维模型检索综述.计算机学报，2004，27(10)，1297-1310[2]VranicD.,RichterJ..Toolsfor3d-objectretrieval:KarhunenLoevetransformandsphericalharmonics.In:ProceedingsofIEEEWorkshoponMultimediaSignalProcessing,Cannes,France,2001,293-298[3]VranicD.,SaupeD..3dmodelretrieval.In:ProceedingsofSpringConferenceonComputerGraphics,Budmerice,Slovakia,2000,89-93参考文献[1]杨育彬，林珲，朱庆，基于内容的三维模型检索综述17三维模型检索技术王潇2006.12.08三维模型检索技术王潇18基于内容的多媒体检索技术

（content-basedmultimediaretrieval）图像检索视频检索三维模型检索基于内容的多媒体检索技术

（content-basedmu19三维模型的特殊性：同时具有表面属性和几何特性多种表面属性：颜色，纹理，透明度及反射系数等多种几何特性的表示方式：体元集合，参数化曲面，多边形网格包围的实体等三维模型的特殊性：20三维模型检索技术的关键特征的提取特征的描述特征的比较三维模型检索技术的关键21对特征的基本要求几何不变性平移，旋转，缩放不变鲁棒性对噪音，重采样，简化的鲁棒性对特征的基本要求22三维模型模型坐标预处理与标准化特征提取及索引二维特征索引文本关键字索引三维特征索引二维相似性匹配文本相似性匹配特征提取检索界面三维模型实例二维投影视图二维草图文本描述检索结果输出用户三维相似性匹配图1一个典型的三维模型检索系统框架[1]WEB爬虫反馈三维模型模型坐标特征提取二维文本三维二维文本特征提取检三维模231.模型坐标预处理与标准化常采用的预处理方法有两种：使用主成分分析(principalcomponentanalysis,PCA)[2]方法对三维模型坐标进行标准化,计算其标准化的坐标框架,然后,在此标准化坐标系内提取相应的特征；(2)体素化：将三维模型的外包立方体按坐标轴方向切分成N×N×N个体单元,使用体数据表示模型，N一般是2的n次幂。1.模型坐标预处理与标准化常采用的预处理方法有两种：24模型坐标的标准化又称姿态估计(poseestimation)。在进行特征提取和相似性匹配之前,必须先将所有待比较的三维模型变换至一个标准坐标系的范围内。这样，即使同一个三维模型具有不同尺度、不同位置、方向、旋转角度和不同精度的细节层次时，其表示方式仍具有唯一性。模型坐标标准化的目的在于使得三维模型检索独立于其所采用的具体数据表示方式。模型坐标的标准化又称姿态估计(poseestim25为保证平移不变性，需要将模型的质心平移至坐标原点的位置；为保证旋转不变性，采用PCA方法，在一个标准坐标平面中对齐模型；为保证方位不变性,还需要进行翻转变换,以保证互为镜面映像的三维模型在表示方式上的同一性；为保证尺度大小不变性，要将旋转后的三维模型归一化至标准单元大小。为保证平移不变性，需要将模型的质心平移至坐标原点的位置；26因此,一个完整的坐标模型标准化过程可以表示为如下的几何变换：τ:τ(I)=s·

F

·

R

·

(I-c)[3]其中，s

是放缩系数，F

是一个对角阵形式的翻转矩阵，R

为对应于PCA变换的旋转矩阵，I

为原始模型坐标，c

为坐标原点。-1因此,一个完整的坐标模型标准化过程可以表示为如下的几何变换：272.特征提取形状特征/表面属性特征形状特征一般着重于描述三维模型的几何形状和表面拓扑关系，通常基于三维表面、三维体元及其顶点集合以及结构化建模来描述三维模型的形状特性。2.特征提取形状特征/表面属性特征28主要的形状特征提取方法基于几何结构分析的形状特征提取(2)基于拓扑关系的形状特征提取(3)基于函数投影的形状特征提取(4)基于统计特性的形状特征提取主要的形状特征提取方法基于几何结构分析的形状特征提取293.相似性匹配通过特征提取，相似的三维模型可以表示为在特征向量空间中将近的一组特征向量。相似的三维模型在对应的特征向量空间中具有相近的距离，而不相似的三维模型间的距离足够大。3.相似性匹配通过特征提取，相似的三维模型可以表示为在特征向30已实现的三维模型搜索引擎实例普林斯顿大学形状检索与分析实验室（ShapeRetrievalandAnalysisGroup）规模最大的三维模型数据库/search.html已实现的三维模型搜索引擎实例普林斯顿大学形状检索与分析实验31台湾大学通讯与多媒体实验室使用基于MPEG-7标准的三维形状描述符和多视图描述符进行特征描述http://3.tw/~dynamic/cgi-bin/DatabaseII_v1.8/index.html台湾大学通讯与多媒体实验室32一个传统的人工索引的三维检索的例子符合高级语义，但不能应用于海量数据搜索/model_list.asp?id=81&id1=1314一个传统的人工索引的三维检索的例子33参考文献[1]杨育彬，林珲，朱庆，基于内容的三维模型检索综述.计算机学报，2004，27(10)，1297-1310[2]VranicD.,RichterJ..Toolsfor3d-objectretrieval:KarhunenLoevetransformandsphericalharmonics.In:Proceeding