三维曲面的特征描述和特征匹配

本文提出了一种新的三维曲面特征描述算法,将二维图像上的特征描述思想推广到三维网格。算法将三维网格表示成从顶点到高斯曲率的映射函数,从而获得可类比于二维图像的相似性。借助于法线和梯度建立局部球坐标系,通过二维统计直方图对特征点邻域的几何信息进行描述,使得特征描述具有平移、旋转和缩放不变性,最终生成128维的特征向量(特征描述符)。基于特征向量,我们实现了多分辨率和异拓扑网格下的特征匹配,展示并分析了实验结果。本文的研究动机来源于三维扫描建模以及多视点三维重建技术中对特征描述和特征匹配的需求,主要的应用方向包括:扫描配准、模型注册、动画跟踪、对称检测和模型检索。     

基于建筑虚拟场景生成和浏览的实现

虚拟现实技术是当前计算机领域中的一个重要的分支.针对虚拟显示技术在房地产领域的应用,以虚拟场景的和浏览为目标,研究了建筑模型的数据存储方法和交互浏览等相关技术.采用结构实体几何法(CSG)对三维房屋进:模,使用单层房屋数据来简化数据的存储,在浏览实现中,改进传统的浏览算法,采用视图变换,并利用以观察参考点为的半球模型建立OpenGL视点坐标系与世界坐标系的相互对应关系.通过改变视点坐标系来实现场景的浏览.该系统Vc与OpenGL相结合的方法最终实现了房屋建筑的三维显示与浏览,在具体的应用中也取得了较好的结果.     

低盲区牙模激光三维测量系统研究

介绍了一种应用半导体激光,单CCD摄象机和人工神经网技术实现牙颌模型表面三维自动测量的新方法.该方法通过在摄象机视场中设置一面反射镜,减少了测量的盲区,采用人工神经网技术实现图象坐标系到世界坐标系的映射,无须测定摄象机和激光平面之间的相对位置关系,自动修正镜头的几何畸变,由单视点序列影象就可测量牙颌模型表面的三维坐标.     

OpenGL中交互式任意旋转三维场景的实现

在三维应用环境中,旋转轴的准确表示是正确实现三维旋转的关键。通过将鼠标位置的二维变化转换为一个辅助坐标系中的三维旋转轴和旋转角度,进一步得到了该轴在世界坐标系下的表示,并采用绕旋转轴反向旋转观察点的方法在OpenGL中实现了用鼠标交互式任意旋转三维场景的功能。     

三维模型检索中的预处理技术

随着三维建模技术和数字化技术的发展,基于内容的三维模型检索技术应运而生.由于三维模型是一种自由度很高的信息,在特征提取之前对三维模型进行坐标系归一化预处理,从而保证所提取特征的平移不变性、比例不变性和旋转不变性,使得同样的三维模型在不同的坐标系下具有相同的相似度,这样可以提高基于内容的三维模型相似性比较算法的准确性.而预处理的效果对检索性能有着很大的影响,对PCA和各向异性变换这两种主要预处理技术进行了研究.     

若干细粒度三维交互算法的实现

在三维软件中涉及到大量三维交互操作,尤其是三维编辑软件中.三维交互的好坏直接影响用户的操作感.给出一种三维交互算法,此算法可以沿物体自身坐标系的原点所在的面、坐标面、三个坐标轴拖动物体和绕坐标轴旋转这个物体.算法操作感觉良好,实现了在拖动的过程中物体紧跟随鼠标的效果.     

特征自适应的三维模型最优视点提取

针对目前采用不同几何特征度量的视点优化算法在普适性方面的局限性,提出一种与三维模型特征相适应的视点优化算法.首先提取三维模型混合特征,采用AdaBoost分类器对三维模型混合特征与相适应的视点计算算法进行匹配关系训练学习,构造最优视点分类器以提取最优视点,即将最优视点提取问题转化为分类问题;对于查询模型,通过训练后的最优视点分类器获得适应模型特征的视点优化算法,并计算模型的最优视点.实验结果表明:该算法有效反映三维模型的结构特征和细节,结果优于单一度量视点提取算法.     

以目标为中心的MCRBR视点空间投影方法

三维目标的姿态随视点变化而不同,选择适当角度范围的多尺度投影图像为代表,建立三维目标的完备特征库,能够提高基于图像的三维目标识别率。以目标为观察中心,基于3ds MAX提出一种多摄像机旋转批量渲染的三维目标视点空间投影方法。首先建立目标的三维模型,设置目标模型位置和顶视图摄像机位置,然后利用max层级命令面板锁定其中一个轴向的角度,以等采样间隔复制摄像机,设置半球面运动路径,并约束到相应摄像机,最后设置投影图像的输出参数并建立批处理脚本,实现三维目标视点空间任意投影图像的自动保存。     

利用形状特征的三维人造物体模型正朝向识别算法

仅从三维模型的几何信息推测模型正朝向是一项具有挑战性的工作.文中针对三维人造物体模型,提出了一种全自动的正朝向识别算法.首先分析模型本身面片朝向、模型对称性及模型三维凸包的面片朝向,找出若干组朝向三元组,使得组内3个朝向两两正交;然后将每组朝向三元组构成的标架旋转到标准坐标系,通过对模型面片的法向和面积进行统计,投票筛选出唯一标架,使得模型能够与标准坐标系对齐;最后基于静力学平衡原理、模型可见性等准则,从标准坐标系的6个候选朝向中选取正确的正朝向.在一个三维模型数据库上进行实验的结果显示,该算法可以很好地处理绝大部分模型,包括目前最好的非监督方法不能处理的模型.     

基于特征点检测的最佳视点选择方法

针对三维模型视点选择问题,提出了基于特征点检测的最佳视点选择方法。算法首先根据三维网格模型的顶点邻接区域信息计算顶点的局部高度,即顶点的显著度大小;然后基于顶点的局部高度值大小,结合非极大值抑制算法进行三维模型表面特征点检测;最后针对视点球体上的每个候选视点分析该视点下可见特征点的几何分布信息,计算视点质量,从而筛选出最佳视点。实验结果验证了基于特征点检测的三维模型视点选择方法的合理性和优越性,所选择的最佳视点能够提供三维模型较多的几何结构和视觉特征信息。     

一种不同坐标系之间的变换矩阵的转换方法

在三维图形的研究和开发过程中,由于不同三维图形系统所使用的坐标系不统一,造成了在一个坐标系中的模型不能直接引入到别的坐标系中,针对野战战术三维环境原型系统ＢＩＴ－ＶＢＦＳ的开发过程中所遇到的将模型从右手坐标移植到左手坐标系的问题,提出了一种在不同三维坐标系之间寻找对应的变换矩阵的一般性方法,这种方法得到的是对于变换的转换矩阵,所以在对模型进行实际的转换时并没有增加计算的复杂度。     

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.     

基于模型的单视图线性共面四点算法

通过利用三维点的仿射坐标对于刚体变换而言是不变的,并且对计算机坐标系到图像坐标系的坐标变换而言也是不变的这一特性,开发了从一个目标单视图线性复原其三维位姿的新算法,该算法只需4个特征点即可精确实现目标的三维位姿的线性重建。实验表明,该算法快速高效,误差性能良好,抗噪能力较强。     

基于曲度特征的三维模型检索算法

针对如何提高复杂曲面的三维模型的检索精度的问题,提出了一种基于曲度特征的三维模型检索算法。首先,在模型表面选取随机采样点,计算点所在局部曲面的高斯曲率和平均曲率,通过高斯曲率和平均曲率求出随机点的曲度值,曲度值表明了曲面的凹凸属性。然后,以模型的质心为球心,以随机点与质心距离和曲度值为坐标轴建立坐标系,统计出一定距离范围内曲度值分布的概率,构建距离与曲度的分布矩阵,以此分布矩阵作为三维模型特征描述符。该特征描述符具有旋转不变性和平移不变性,能够很好地反映复杂曲面的几何特征。最后,通过比较分布矩阵给出不同模型间的相似度。实验结果表明,该方法相比形状分布算法的检索性能有较大提高,尤其适用于具有复杂曲面的三维模型检索。     

基于矢量长度比的三维网格模型零水印算法

为了提高数字水印算法的鲁棒性, 提出了一种基于矢量长度比的三维网格零水印算法. 首先, 将三维网格模型由直角坐标系转化为球坐标系. 其次, 对网格模型的顶点进行分块并计算每个块质心. 然后, 计算每个顶点到块质心的距离以及邻域顶点到块质心的平均距离的比值, 并将比值序列与比值的平均值进行比较, 根据比较的大小记为0和1; 统计每个分块0、1数量的多数, 以此构成模型的特征序列. 最后, 将版权信息的二值序列与特征序列进行异或, 得到最终的零水印序列. 实验结果表明, 本文算法能够抵抗平移、旋转、均匀缩放、噪声、平滑、简化和剪切等常见的攻击, 也能够对三维网格模型进行版权保护.     

基于三维激光引导的加料机械臂精准定位研究

在铁水加注等钢铁冶炼的重型生产场景中,由于作业行程远、温度高等原因均采用人工操作。设计开发了基于三维激光扫描技术的加料机械臂精准定位系统。该系统以机械臂和三维激光扫描仪为基础,采用手眼标定方式得到转换矩阵,根据所获得的靶球坐标得到下料口在机械臂坐标系下的精确位置,最终实现下料管的安装和拆卸。现场测试证明,该系统可以替代操作人员进行自动加料作业。     

Blind robust watermarking schemes for copyright protection of 3D mesh objects

In this paper, two novel methods suitable for blind 3D mesh object watermarking applications are proposed. The first method is robust against 3D rotation, translation, and uniform scaling. The second one is robust against both geometric and mesh simplification attacks. A pseudorandom watermarking signal is cast in the 3D mesh object by deforming its vertices geometrically, without altering the vertex topology. Prior to watermark embedding and detection, the object is rotated and translated so that its center of mass and its principal component coincide with the origin and the z-axis of the Cartesian coordinate system. This geometrical transformation ensures watermark robustness to translation and rotation. Robustness to uniform scaling is achieved by restricting the vertex deformations to occur only along the r coordinate of the corresponding (r, /spl theta/, /spl phi/) spherical coordinate system. In the first method, a set of vertices that correspond to specific angles /spl theta/ is used for watermark embedding. In the second method, the samples of the watermark sequence are embedded in a set of vertices that correspond to a range of angles in the /spl theta/ domain in order to achieve robustness against mesh simplifications. Experimental results indicate the ability of the proposed method to deal with the aforementioned attacks.     

基于立体视觉的3D地形拼接

为了从月球车上的全景相机所捕获的立体图像对重建月球车周围的3D地形,给地面科学家制定科学探测指令提供一个直观的可视化平台,预先展开了基于立体视觉的3D地形重建的研究,主要介绍了在3D地形拼接方面的研究进展。当恢复出多个局部3D地形模型时,首先基于边缘检测和图像匹配技术提取出相邻局部模型之间的公共数据点,然后采用分离旋转变换和平移矢量的策略拟合出相邻模型之间的坐标转换关系,之后就可以将局部模型统一在同一个坐标系下。通过室内和室外多次实验验证了该拼接方案。     

三维视觉传感器多视角曲面测量数据的一种配准拼接方法

本文提出一种将三维视觉传感器多视角曲面测量数据进行拼接从而获得被测物体整个表 面模型的方法．首先在给定不同视角之间初始坐标旋转矩阵R和平移矢量T的基础上,采用一 种迭代配准方法求解更为准确的R和T,从而将不同视角下测量三维数据转换到同一坐标系下 ;然后通过引入三维空间的球坐标系,将配准后物体表面数据按其空间角度进行网格化处理 ,得到覆盖整个物体表面的数据网格．本文最后给出了配准建模实例．