1、基于內(nèi)容的3D模型檢索技術(shù)研究摘要隨著3D模型的廣泛使用和傳播，對(duì)3D模型的檢索變得越來(lái)越必要。基于內(nèi)容的3D模型檢索技術(shù)是近幾年興起的一個(gè)新的研究領(lǐng)域，研究人員提由了一些好的檢索技術(shù)，開(kāi)發(fā)了幾個(gè)3D模型檢索實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。基于內(nèi)容的3D模型檢索技術(shù)可以分為三類：1）基于形狀的檢索技術(shù)；2）基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的檢索技術(shù)；3）基于圖像比較的檢索技術(shù)。本文首先對(duì)現(xiàn)有的3D模型檢索技術(shù)進(jìn)行了全面的綜述，介紹了這些檢索技術(shù)的特征提取方法、相似度計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)檢索方法。同時(shí)還總結(jié)了現(xiàn)在的3D模型檢索系統(tǒng)的檢索方式，介紹了一個(gè)典型的3D模型檢索系統(tǒng)。關(guān)鍵詞3D模型；3D模型檢索；基于內(nèi)容的檢索；形狀特征；特征提取；相似

2、度計(jì)算中圖分類號(hào)：S211文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-914X（2018）28-0299-01一、3D模型檢索技術(shù)研究3D模型檢索技術(shù)研究是個(gè)新的研究領(lǐng)域，許多的研究人員在此領(lǐng)域已經(jīng)作了大量的研究工作，提由了許多好的檢索技術(shù)，同時(shí)也開(kāi)發(fā)了一些3D模型檢索實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在本章中將對(duì)現(xiàn)有的一些3D模型檢索技術(shù)進(jìn)行比較詳細(xì)的介紹，同時(shí)也介紹一個(gè)比較好的3D模型檢索系統(tǒng)。基于內(nèi)容的3D模型檢索技術(shù)的研究重點(diǎn)是3D模型的特征提取、特征描述、特征比較。特征提取是提取能？A分不同3D模型的特征；特征描述是描述和存放提取的特征，以方便檢索；特征比較是在特征空間計(jì)算兩個(gè)3D模型的相似度，從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索由多個(gè)最

3、相似的3D模型。以下將分別介紹一些基于內(nèi)容的3D模型檢索技術(shù)，這些檢索技術(shù)都是近幾年提由的比較有代表性的技術(shù)，而且應(yīng)用到了實(shí)際的3D模型檢索實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中。按照所使用的3D模型特征的不同，3D模型檢索技術(shù)可以劃分為三大類：l）基于形狀的檢索技術(shù)；2）基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的檢索技術(shù)；3）基于圖像比較的檢索技術(shù)。因?yàn)榇蠖鄶?shù)檢索技術(shù)都是基于形狀的，所以本文將基于形狀的檢索技術(shù)又進(jìn)一步劃分為多個(gè)小類來(lái)介紹。二、3D模型檢索技術(shù)（一）基于形狀的檢索技術(shù)基于形狀的檢索技術(shù)是提取3D模型的形狀特征，根據(jù)形狀特征檢索。形狀特征的優(yōu)點(diǎn)是從3D模型整體形狀進(jìn)行比較，忽略細(xì)節(jié)上的不同，比較接近人的視覺(jué)識(shí)別。例如兩個(gè)樹(shù)模型，一棵

4、樹(shù)比另一棵樹(shù)多一個(gè)樹(shù)枝，在比較時(shí)被認(rèn)為是相似的。這種方法的缺點(diǎn)是對(duì)于同種物體、不同形狀的3D模型，提取的形狀特征不同可能會(huì)被認(rèn)為不相似，例如不同姿態(tài)的青蛙會(huì)被認(rèn)為彼此不相似。大多數(shù)的3D模型檢索技術(shù)都是基于形狀特征，根據(jù)這些技術(shù)使用的方法不同，可以進(jìn)一步劃分成：空域空間檢索技術(shù)、頻域空間檢索技術(shù)。1.1 空域空間檢索技術(shù)空域空間的檢索技術(shù)是最直接的檢索技術(shù)，大多數(shù)檢索技術(shù)都是基于空域空間的。基于空域空間的檢索技術(shù)大多使用了統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)描述3D模型的形狀特征。不同的檢索技術(shù)使用了不同的統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法。1.2 頻域空間檢索技術(shù)數(shù)字信號(hào)處理中，將信號(hào)從空域空間轉(zhuǎn)換到頻域空間進(jìn)行處理是另外

5、一種完全不同的處理方法，應(yīng)用較為廣泛。同樣，在3D模型檢索技術(shù)中也可以將3D模型轉(zhuǎn)換到頻域空間，在頻域空間提取特征進(jìn)行檢索。頻率空間檢索技術(shù)有傅立葉變換、球面調(diào)和分析和小波變換。（2） 基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的檢索技術(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也是3D模型的一個(gè)重要特征。基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的檢索技術(shù)是比較3D模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是否相似。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是同種物體、不同形狀的3D模型由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同，所以被認(rèn)為是相似的，比如不同姿態(tài)的青蛙，由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同，被認(rèn)為是相似的。但缺點(diǎn)是形狀相似的3D模型可能會(huì)被認(rèn)為是不同的。比如兩個(gè)樹(shù)模型，一棵樹(shù)比另一棵樹(shù)多一個(gè)樹(shù)枝，雖然形狀相似，但是它們的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，可能會(huì)被認(rèn)為不相似。（3） 基于圖

6、像比較的檢索技術(shù)基于內(nèi)容的圖像檢索技術(shù)的研究比較成熟，提生了許多好的圖像檢索技術(shù)。3D模型檢索技術(shù)的另外一種思路是將3D模型轉(zhuǎn)化成ZD圖像，借助成熟的ZD圖像檢索技術(shù)進(jìn)行3D模型檢索。嚴(yán)格來(lái)講，從使用的3D模型的特征來(lái)看，基于圖像比較的檢索技術(shù)可以歸入到基于形狀的檢索技術(shù)中。但是由于這類檢索技術(shù)主要是基于ZD圖像的比較，所以本文將其單獨(dú)作為一類技術(shù)介紹。美國(guó)普林斯頓大學(xué)的Miln、臺(tái)灣大學(xué)的Chen和德國(guó)Jobst都提由了基于圖像比較的檢索方法。這種方法可以提供友好的用戶界面，用戶可以在檢索界面上繪制ZD圖像，然后系統(tǒng)根據(jù)用戶繪制的圖像進(jìn)行檢索。這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是用戶操作簡(jiǎn)單，可以繪由多個(gè)不同方

7、向的圖像，利用多張圖進(jìn)行檢索，提高檢索的精確度。三、3D模型檢索系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)3D模型檢索技術(shù)研究的主要目的是能提供給用戶實(shí)際可操作的3D模型檢索系統(tǒng)，結(jié)合上面介紹的3D模型檢索技術(shù)，本節(jié)開(kāi)發(fā)了一個(gè)3D模型檢索系統(tǒng)一3DMS（3DModeleSarhc）。下面將詳細(xì)介紹3DMS的各個(gè)部分的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（一）3DMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，Internet網(wǎng)的速度越來(lái)越快，普及率越來(lái)越高，從Internet上查找信息越來(lái)越方便。因此3DMS系統(tǒng)是個(gè)基于Web的3D模型檢索系統(tǒng)。具體檢索過(guò)程是：用戶通過(guò)客戶機(jī)，通過(guò)V尾b瀏覽器登錄到W匕b服務(wù)器，研慫b服務(wù)器返回給用戶檢索界面，用戶通過(guò)檢索

8、界面提交檢索要求，檢索要求傳輸?shù)秸J(rèn)范b服務(wù)器，web服務(wù)器的搜索引擎根據(jù)檢索要求在SQLsever服務(wù)器中進(jìn)行檢索，并將檢索結(jié)果返回給W亡b服務(wù)器，W七b服務(wù)器再將檢索結(jié)果返回給用戶。這里，客戶機(jī)執(zhí)行提交檢索要求和顯示檢索結(jié)果的功能，客戶機(jī)可以是任何可以連接SQLsevert的計(jì)算機(jī)Web服務(wù)器提供檢索界面生成，文件下載，模型檢索等功能；SQLsever服務(wù)器主要用來(lái)存放特征向量和數(shù)據(jù)庫(kù)管理的功能。（二）數(shù)據(jù)庫(kù)組織特征向量數(shù)據(jù)庫(kù)使用了比較簡(jiǎn)單的組織方式，由于采用的每種特征提取方法提取的3D模型特征都可以使用一個(gè)特征向量來(lái)表示，因此在數(shù)據(jù)庫(kù)中可以用一張二維表來(lái)保存一種特征提取的所有3D模型的特征

9、向量。（三）檢索界面3DMS系統(tǒng)的檢索界面使用了基于Web的網(wǎng)頁(yè)檢索界面，檢索方式使用示例檢索方式，用戶可以通過(guò)三種方式獲得示例3D模型：3D模型檢索是近幾年興起的一個(gè)新的研究領(lǐng)域，國(guó)外雖然對(duì)此進(jìn)行了比較多的研究，但是目前仍然處于起步階段。從國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，這方面的相關(guān)研究工作還很少見(jiàn)，僅有少量的文獻(xiàn)報(bào)道。本文對(duì)這一領(lǐng)域進(jìn)行了比較深入的研究，在研究現(xiàn)有的3D模型檢索技術(shù)的基礎(chǔ)之上，提生了三種具有創(chuàng)新性的3D模型檢索技術(shù)。（1）直接輸入一個(gè)3D模型的全局編號(hào)進(jìn)行檢索。（2）從返回的結(jié)果中選擇一個(gè)3D模型繼續(xù)進(jìn)行檢索。返回的每個(gè)縮略圖下面都有該縮略圖所對(duì)應(yīng)的3D模型的全局編號(hào)和一個(gè)查找按鈕圖（一個(gè)放大鏡）。（3）瀏覽檢索系統(tǒng)提供的所有3D模型，從瀏覽的3D模型中選擇一個(gè)3D模型進(jìn)行檢索。當(dāng)選中“allmodels”單選項(xiàng)的時(shí)候，不管是在輸入框中輸入一個(gè)全局編號(hào)，還是通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊查找按鈕圖獲得的全局編號(hào)，檢索系統(tǒng)都將返回該全局編號(hào)后的100個(gè)（包括該全局編號(hào)）3