三维模型检索中的特征提取技术综述

介绍了三维模型检索的主要研究内容,综述了三维模型检索中的关键技术——特征提取的研究现状,通过对基于统计特征、骨架几何学的特征提取方法的综合比较与分析,对各种特征提取技术进行了评价．     

基于内容的三维模型检索综述

对当前基于内容的三维模型检索技术的国际研究现状及进展进行了广泛而深入的综述．探讨和分析了基于内容的三维模型检索技术的系统框架及其关键方法,重点介绍其中的模型坐标标准化、特征提取与索引、相似性匹配、查询方式与用户界面等方面的基本内容,并进行了适当分类．分析总结了现有的基于内容的三维模型检索系统及搜索引擎的典型实例．最后,对现有研究中存在的难点问题及其未来的发展方向进行了展望．     

一种基于局部特征的三维模型检索算法

在基于内容的三维模型检索系统中,特征提取技术是三维模型检索的关键。为此,提出基于局部特征的三维模型检索算法。定义一种新的局部特征描述符：曲度,将其作为三维模型检索时的特征。曲度作为对平均曲率与高斯曲率的校正,在不增加额外计算量的前提下,可同时克服平均曲率对平滑模型的不敏感性和高斯曲率分布较均匀的缺点,更真实地反映三维模型的局部弯曲程度。实验结果表明,以曲度作为特征进行检索,可明显提高检索的查准率,配合全局特征检索时则可在保证查全率的基础上,大幅提高检索的准确性。     

基于极限投影变换的3D模型检索

基于认知理论和投影理论,提出极限投影面积方法对三维模型进行坐标标准化:将模型不断绕过模型重心的基向量旋转,采集每次坐标面投影面积,在多次迭代后得到最大面积投影,用同样办法获得另一坐标面上的最小面积投影,建立模型的坐标系.实验结果表明:该方法标准化的坐标系处理对象范围宽,适用于网格模型、点云模型和各类曲面模型,针对模型噪声、简化、攻击等有很强的鲁棒性.经该方法标准化的三维模型在3个坐标面的投影作为模型的特征描述子,并在实验中为实验模型库建立了对应的特征描述子库,使得对模型检索转化为特征描述子间的比较检索.检索实验表明:该方法针对增加了特征描述子的模型库具有较快的检索速度;同时具有较强的鲁棒性,但检索的精度稍差.     

一种基于视图分类的3维模型检索方法

3维模型检索是近年来基于内容检索的研究热点。在基于2维草图检索3维模型的研究中,通常没有结合人的知识。为了提高3维模型检索的精度,提出了一种基于视图分类的3维模型检索方法,它的主要思想是通过视图分类将人对3维模型的认知变换为对2维视图的理解,以便在度量2维草图与视图之间的相似性时能利用人的知识。该方法涉及以下2个问题:视图分类、2维草图与视图之间的相似性度量。实验结果表明,该方法能提高检索精度,因此可应用在2维草图查询方式的3维模型检索中。     

拓扑和形状特征相结合的三维模型检索

针对整体相似性检索算法在局部细节特征上的表达能力不足,提出了一种将拓扑和形状特征相结合的三维模型相似性比较方法.首先提取三维模型的骨架,获得模型的整体拓扑特征;然后根据骨架节点将模型分解为多个子部分,并利用球面谐波算法提取每一个子部分的形状特征.模型的匹配分为3步进行:整体骨架的拓扑特征相似性比较,相对应的子部分的局部形状特征相似性比较,模型总的相似性是整体骨架相似性与对应子部分局部形状相似性的加权和.实验结果表明:该方法从整体到局部、由粗到精,综合考虑了拓扑和形状特征,较传统的考虑单一拓扑或形状特征的检索算法有较高的检索精度,同时又支持基于局部特征的相似性检索.     

3D模型检索技术综述

全面地综述了3D模型检索技术,介绍了3D模型检索界面和一个3D模型检索系统,并对该技术领域的未来发展进行了总结和展望．     

基于距离和曲率特征的三维模型检索研究

针对采用单一特征描述基于内容的三维模型检索时检索精度不高的问题,结合全局描述的距离特征和局部描述的曲率特征,提出一种新的三维模型检索算法,通过距离特征相似性和曲率特征相似性的加权和,确立模型新的相似度匹配。仿真实验结果表明,相对于单一形状特征的模型检索,该检索算法能够获得更准确的检索效果。     

基于评价指标组合特征的三维模型检索方法

特征组合是提高三维模型检索有效性的一种重要手段,为了能更有效地引导特征组合,提出一种借助检索有效性单值评价指标来进行特征组合的方法.该方法采用了深度图、视图特征集、法向量信息熵和射线4种特征,首先对训练集分别计算这4种特征的检索有效性单值评价指标,并依据这些评价指标来确定特征距离的权重;然后在对测试集的检索中,使用权重来组合根据单一特征得到的特征距离,以度量三维模型的相似性.实验结果表明,文中方法的检索有效性优于经典的DESIRE特征组合方法.     

基于正视图的三维模型特征提取算法

提出一种基于正视图的三维模型特征提取算法,从前、顶、右、后、底与左分别对模型进行投影,获得6个正视图,使用不同半径的同心圆将每个正视图分割,计算每个同心圆内的高度信息和,得到相邻2个同心圆内高度信息和的差值,每个三维模型特征由 6个正视图描述。实验结果证明,该方法的检索效果与光场法相当,计算速度较快。     

基于形状特征描述算子的3D模型检索

针对投影图像的形状特征,结合傅里叶描述算子、Zernke不变矩、形状参数、离心率的特点,提出一种基于权重关系的合成的形状特征描述算子,将其应用到3D模型投影图像检索算法中。实验结果表明,相比其他4种形状特征描述算子,该算子能较好描述投影图像的轮廓、区域以及整体特征信息,并可提高算法的检索效率。     

基于面积分布的3D模型检索技术

基于内容的3D模型检索技术难以提取形状特征,该文通过提取表面面积分布来表示3D模型的形状特征,采用主分量分析方法确保特征满足平移不变性、旋转不变性、对称不变性。以切分块内三角面片面积和与总面积的比值作为特征,确保缩放不变性。二次型形式的距离公式计算的相似度能够有效地区分特征分量的空间位置。实验表明,基于面积分布的检索技术具有较好的检索效果。     

基于深度卷积神经网络的三维模型检索

为了更有效地利用三维模型数据集进行特征的自主学习,提出一种使用自然图像作为输入源,以三维模型的较优视图集为基础,通过深度卷积神经网络的训练提取深度特征用于检索的三维模型检索方法。首先,从多个视点对三维模型进行视图提取,并根据灰度熵的排序选取较优视图;然后,通过深度卷积神经网络对视图集进行训练,从而提取较优视图的深度特征并进行降维,同时,对输入的自然图像提取边缘轮廓图,经过相似度匹配获得一组三维模型;最后,基于检索结果中同类模型总数占检索列表长度的比例对列表进行重排序,从而获得最终的检索结果。实验结果表明,该算法能够有效利用深度卷积神经网络对三维模型的视图进行深度特征提取,同时降低了输入源的获取难度,有效提高了检索效果。     

基于反馈机制的三维模型分类检索系统

论文设计并实现了一个基于交互反馈机制的三维检索系统。该系统用基于小波矩的方法提取三维模型的特征,提供交互界面允许用户对检索结果进行评判。通过将评判的结果反馈给系统的分类器和权值调整模块,系统更新权值向量等参数,不但可以改善分类的精度,还可以提高同类模型的相似性排序的计算精度。     

基于表面颜色属性的三维模型检索

对基于表面属性的三维模型检索进行研究,提出了基于面积颜色分布、基于球面颜色分布、基于颜色球面调和的三维模型检索方法以及基于表面属性的融合方法.通过对模型表面进行按面积均匀采样来获取其颜色分布信息后形成基于面积颜色分布的特征.通过对模型进行均匀球面采样获取颜色分布信息形成基于球面颜色分布的特征.通过首先将模型表面颜色信息按等经纬度球面采样映射为球面函数,然后对其进行球面调和变换形成颜色球面调和特征.融合特征通过对以上特征的两组或3组依一定权值组合而得到.为验证基于表面属性的三维模型检索方法的效果,建立了一个包含有1171个颜色模型的测试库.实验结果表明以上方法均对基于表面属性的三维模型检索具有较好的检索效果且融合特征可以得到优于任何单一特征的检索效果.     

三维U系统矩与三维模型检索

提出3DU系统矩的定义,并将其应用于3D模型检索．作为一种可选定次数的完备正交多项式系统,U系统所定义的矩具有标准正交性、收敛性等优良性质．根据U系统理论实现了U1系统矩的高阶的快速计算,可以定义任意维数的特征空间．实验结果表明,3DU1系统矩优于几何矩和Zernike矩,具有更高的检索效率．     

基于整数中轴骨架的3维模型检索算法

针对3维模型检索算法性能较低的问题,提出了一种基于整数中轴骨架的3维模型检索算法。在对3维模型进行姿态调整和各向同向性预处理后,提取模型的整数中轴骨架,并记录每个骨架点相应的几何信息,对提取的骨架按不同的空间区域划分,形成模型骨架二叉树。为了能够描述骨架二叉树的不同节点对模型整体相似性匹配的影响程度,为每个节点定义一个特征权值,其大小由该节点对应的骨架区域大小所决定。最后,采用由粗到细逐步淘汰的策略计算不同模型的相似度。对一个标准3维模型测试数据库的检索实验结果表明,由于将模型的拓扑结构和统计特征相结合,该算法可以得到较好的检索性能。     

正交样条矩与三维模型检索

提出三维正交样条矩的定义,并将其应用于三维模型检索.作为一种正交多项式函数系,正交样条函数结合球面调和函数所定义的矩具有正交性等优良性质.样条函数的局部性对于突出模型的局部特征有较好的效果.实验结果表明,三维正交样条矩优于三维小波矩,具有更高的检索效率.     

基于深度学习的三维模型检索算法综述

近年来,深度学习被广泛应用于各个领域并取得了显著的进展,如何利用深度学习高效管理呈爆炸式增长的三维模型一直是一个研究热点.本文介绍了发展至今主流的基于深度学习的三维模型检索算法,并根据实验得出的算法性能评估分析了其优缺点.根据检索任务的不同,可将主要的三维模型检索算法分为两类:(1)基于模型的三维模型检索方法,即检索对...     

基于极半径曲面矩的三维模型检索

提出一种三维极半径曲面矩,并应用于三维模型检索.三维极半径矩是一种具有平移、旋转和缩放不变性的不变量,将三维极半径矩推广到三维极半径曲面矩获得了新的不变矩,该方法不需要将三角面片表示的三维模型数据体素化,从而提高了计算速度和计算精度.同时,基于这种三维极半径曲面矩的识别算法具有很好的识别率.