三维模型检索技术

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一个基于深度图像的三维模型检索算法

西北大学信息科学与技术学院计算机系，西安７０２１１７
ＤｅａｔｅｔｆｍｐｔｒＳｈｏｆｎｏｍａｉｎＳｉｎｅａｄＴｃｎｌｇ，ｒｗｅｔｉｅｓｙＸｉａ１１７ＣｈｎｐｒｍｎＣｏｕｅ，ｃｏｌＩｆｒｔｃｅｃｎｅｈｏｏｙＮｏｔｏｏｏｈｓｖｒｉ， ’ ｎ７０２，ｉａＵｎｔＷＡＮＧａｆｎ，ＨＡＮＧｉＧＥＮＧｏｕ，ｔａ．ＤｏｅｅｒｅａｌｏｉｈｂｓｄｏａｇａｅＣｏｐｔｒＥｎｉｅｒＸｉｏｅｇＺＦｅ，Ｇｕｈａｅ１３ｍｄｌｔｉｖｌａｇｒｔｍａｅｎｒｎｅｉｇ．ｍｕｅｇｎｅ－ｒｍ
ｐｒＴｉａｏｉｍｏｐｔＤｍｏｅｓｒｅｔｎｒｎｅｉｇｓｏｉｉｃｉｓａｄｔｅｏｐｔｄｅｄｒｃｏｉｏｒｍｎｅ．ｈｓｌｒｈｃｍｕｅ３ｄｌｐｏｃｉｇｇｔｓｊｏａｍａｅｎｓｄｒｔｎ，ｎｎｃｍｕｅｅｇｉｔｎｈｓｇａａｄｘｅｏｈｓｅｉｔ
Ｃｍｕｅｎｉｅｒｇａｄｐｌａｉｓｏｐｔｒｇｎｅｉｎｐｉｔｎ计算机工程与应用ＥｎＡｃｏ
一
个基于深度图像的三维模型检索算法
飞，国华，耿刘晓宁
王小凤，张
ＷＡＮＧａｆｎ，ＨＡＮＧｅ，ＮＧｏｕ，ＩＸｉｏｉｇＸｉｏｅｇＺＦｉＧＥＧｕｈａＬＵａｎｎ

两个距离特征相结合的3D模型检索技术

收稿日期：ｏ６０ —０；订日期：ｏ６０ —０２ｏ —５３修２ｏ．６２
基金项目：四川省教育厅青年基金资助项目（ｏ６ｏ０２ｏＢ４）
维普资讯
７０
成
都
信
息
工
程
学院
学
报
第２２卷
√Ｐ＋Ｐ２ｗ）志，，Ｍ，ｕｔｉ￣ｋ，：１２ …，ｃｎ为统计点的个数。则距离直方图分布为Ｘ：［，２… ，，ｙｏｘｌｘ， …，
２１特征提取．
模型检索技术的关键是找到描述模型的有效特征，后提取这种特征并以向量的形式表示。提取的特征向然
量需要满足：不同的模型有不同的特征向量；相似的模型其特征向量间距离较小。文中提出的特征提取方法是提取模型表面点到Ｚ轴的距离作为模型特征。提取时使用了两种不同的特征向量表示这个距离特征，即分块平均距离特征向量和距离直方图分布特征向量。具体特征提取过程如下：（）使用ＰＡ［方法将模型规范化，其满足缩放不变、转不变、１Ｃ３］使旋平移不变、称不变，且Ｚ轴方向为模对并
型的主方向。
（）２均匀采样模型表面上的点，得到模型的点云模型。设点云模型的全部点为Ｐ＝｛一Ｐ一｝Ｐ，，Ｐ＝
（，Ｐ）ＰＰ扭 ∈ＲＮ为点的个数。，
（）３计算ＭａＺ：Ｍａ（扭）ＭｉＺ：Ｍｉ（如，ｘ＝ｘＰ和一ｎｎＰ）模型在Ｚ轴方向的长度ＬＺ＝ＭａＺ—Ｍｉ。计算所有点ｘｎＺ

基于功能的三维模型检索系统

第２５卷第１２期
２０１３年１２月
计算机辅助设计与图形学学报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ — ＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ＆ＣｏｍｐｕｔｅｒＧｒａｐｈｉｃｓ
Ｖｏ１．２５Ｎｏ．１２
ｓｅｍａｎｔｉｃｓｃａｎｂｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｓｅｍａｎｔｉｃｏｎｔｏｌｏｇｙｉｓｔｈｅｎｕｓｅｄａｓａｎｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｏｇｕｉｄｅｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄｌａｂｅｌｉｎｇｏｆｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅ３Ｄｍｏｄｅ１．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｉｎｃａｓｅｏｎｅｆｕｎｃｔｉｏｎｍａｙｂｅｎｏｔａｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔａｒｇｅｔｍｏｄｅｌ，ａｒｅｔｒｉｅｖａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｍｕｌｔｉｐｌｅｆｕｎｃｔｉｏｎｒｅｔｒｉｅｖａｌａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅｉｓａｌｓｏｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｅｍａｎｔｉｃｓｉｍｉｌａｒｉｔｉｅｓｂｅｔｗｅｅｎｍｏｄｅｌｓａｎｄｔｈｅｎｓｏｒｔｓｔｈｅｍ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｎｅｘａｍｐｌｅｉｓｔａｋｅｎｔｏｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｔｈａｔｔｈｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｃａｎｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｃｏｎｃｅｐｔｕａｌｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｔｏｄｅｓｉｇｎｒｅｕｓｅａｎｄｉｎｎｏｖａｔｉｖｅｄｅｓｉｇｎ．

三维模型检索中的特征提取方法

桴圣佰思乏
三维模型楦索巾的特征提取方法
海南大学信息科学技术学院潘萍
［摘要］三维模型检索的关键问题是如何有效地提取三维模型的特征。本文在查阅了国内外大量有关三维模型检索文献的基础上，对三维模型的特征提取方法进行了研究，总结了当前存在的特征提取算法，并对其进行了分析与比较。［关键词］三维模型检索特征提取
系进行归一化预处理，因此该算法对三维模型网格细分和网格简化的鲁棒性较差。此外，由于互联网多数三维模型通常是退化或松散的多边形集合，以应用这种方法有很大的局限性。所另一种函数分析方法是球面调和分析，算法也被称为单位球面该上的二维傅立叶分析，其算法思想是：先建立球面函数，然后对球面函数进行快速球面调和变换。Ｖａｉ首先将球面调和分析引入到三维模ｒｃｎ型特征提取领域，出了旋转相关特征描述符。Ｋｚｄｎ改进了该方提ａｈａ法，其与旋转无关，使具体过程如下：先将三维模型体素化为６首４Ｘ４６６ × 个体单元，整模型位置使其重心位于网格中心，４调以确保体素模型后有一个半径为３２的外包围球刚好覆盖该模型。以网格的中心为球心，使用半径分别为１２ … ，２同心球将网格分解成３个球面函，，３的２数，然后对每个球面函数进行球面调和变换，将其分解成１个频率由６低到高的球面调和函数的和。由于相对于旋转，球面调和函数其Ｌ范２数并没有改变，因此对每个球面函数定义１个球面调和函数的Ｌ范６２数，以此组成三维模型的３ ×１特征向量矩阵。矩阵元素（，值表示２６ｉｊ）球面调和函数的Ｌ范数，中ｉ２其表示半径为ｉ的球面函数，表示第ｊｊ个球面调和函数。两个模型相似度计算较简单，直接利用欧几里德距离。此算法的一个显著的优点是不用进行三维模型预处理就能具有很好的匹配性能。但是，该算法的使用有一个前提：三维模型中不能有洞且不能有悬垂的部分，这也是球面调和分析算法使用范围的一个限制。此外，小波变换也被用来描述三维模型的特征，小波分析在图像等领域具有广泛的应用，它是傅立叶变换的一个扩展，也是一种多尺度的函数分析，它适用于分层表示及比较，具有良好的时间和空间分辨并率。在三维模型检索领域中，ａｕｔＰｑｅ等使用了小波变换进行三维模型的几何特征提取。但由于这一特征提取算法没有进行规则的采样信号，而是从频域角度分析三维模型，因此三维模型特征提取之前的预处理过程会比较复杂，并且对三维模型的噪声、旋转变换和网格简化细分的鲁棒性较差，此外，由于三维模型的表示方法不统一，也增加了将这小波变换应用到三维模型检索的难度。

一种基于结构的三维模型检索方法

Ｖｏ．，．９Ｊｌ０１Ｐ．３７５０８１Ｎｏ１，ｕｙ２０，Ｐ５０－３６
一
种基于结构的三维模型检索方法
’
谢涛应
（华师范大学实验中心，西四川南充６７０）３０２
摘要：内在结构特征作为三维模型的一个重要特征，逻辑上代表了模型的形状特征。通过计算不同三维模型的表面点信息．取从提
出三维模型的骨骼信息作为特征值，与需要查询的目标的结构特征进行匹配比较，并最终得到查询结果。不同于常用的基于表面特征的三维模型检索方法．文采用一种体素化三维模型、取骨骼得到结构特征，过图编辑距离匹配特征值得到检索结果的三维该提通
Ａｂｓｒｃｔｔａ：Ａｓｎｉａｍｐｏｔｎｅｔｒ，ｉｅａｔｕｃｒｆ３ｍｏｌｒｐｒｓｎｓｔｅｓｐｅｆａｕｅｏＤｏｄｌｆｏｍｈｏｇｃ１ｒａｔｆａｕｅｎｔｒｌｓｒｔｅｏＤｎｕｄｅｅｅｅｔｈｈａｅｔｒｆ３ｍｅｒｔｅｌｉａ．Ｔｈｅｍａｎｉ
ＩＳＳＮ１０－０４９３４０
Ｅ—ｍａｌｄ＠ｃｅ．ｔＲｉ：ｅｕｆｃｃｎｅ．Ｃｈｔ／ｗｗｗ．ｚ．ｅ．ｎｔｐ：／ｄｎｓｎｔａＴｅ：６— 一５０３５９Ｏ４１＋８５５ｌ６９９６６９６

三维模型检索技术综述

有效地对三维模型及其场景进行浏览和检索，开始吸引众多研
体素化是指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
究者的注意，并日益成为一个研究热点 … 。
幂。一些检索方法需要体素化预处理，而另外一些则不需要体
大量的三维模型添加注释信息，这不仅花费大量的人力和物力，２１．基于形状的检索技术基于形状的检素技术是提取三维模型的形状特征，并根据
而且带有人的主观因素，使检索容易失败。基于内容的检索是根据三维模型的实际内容（如几何形状，拓扑结构等）进行自动检索，人工的干预较少。虽然基于文本的检索技术非常成熟，应用也很广泛，但是它不适合于三维模型检索Ｉ。因此，三维模Ｉ型检索技术的研究工作主要集中在基于内容的检索技术上。基于内容的三维模型检索首先从模型数据中自动计算并提取三维模型的特征，形状、空间关系、材质的颜色及纹理等，如建立三维模型的多维信息索引，然后在多维特征空间中计算待查询模型与目标模型之间的相似程度，实现对三维模型数据库的洲ｌ和检索Ｉ。基于内容的含义就是试图利用反映三维模型视览Ｉ觉特征的内容信息自动建立特征索引，达到检索三维模型的目的。基于内容的三维模型检索技术通过对视觉特征的相似性匹配来查找用户所要求的三维模型，这更贴近于人们在现实生活
形状特征检索。形状特征描述应该具有如下特点：对三维信息的描述和分辨能力强；计算速度快；易存储，特征维数足够低；

基于几何内容的三维模型比较与检索算法研究

基于几何内容的三维模型比较与检索算法研究Research on 3D Model Similarity Measure and Retrieval姓名：刘一指导教师：查红彬教授基于几何内容的三维模型比较与检索算法研究 Research on 3D Model Similarity Measure and Retrieval摘要随着三维建模技术的日益成熟和计算机软硬件技术的飞速发展，三维模型的数量在最近的十年中有了飞跃性的增长。

充分利用已有的三维模型数据资源，可以大大减轻设计新模型的工作量，同时也可以促进三维数据的流通和在各领域的应用。

这就需要提出有效的方法，根据几何内容对三维模型进行分类和检索。

基于内容检索的关键问题是如何将三维模型的特征进行量化，并在此基础上进行相似度的定义。

由于三维模型作相似变换后，仍被视为是同一个模型，因此抽取具有相似变换不变性的几何特征是十分必要的。

相似变换可以分解成三种基本的变换－平移变换，尺度变换和旋转变换。

对模型的位置和尺寸进行归一的方法相对简单，相对来讲旋转自由度的归一则具有较差的稳定性。

因此，人们期望定义的物体形状描述算子具有自身的旋转不变性。

为了不依赖坐标系的选择，我们利用快速球面调和变换，将三维几何信息分解到SO(3)变换下的一系列不变子空间中，从而获得所提取特征的旋转不变性。

作为和Fujitsu公司的横向合作项目，论文作者和普建涛博士后共同开发了基于几何内容进行三维模型检索的原型系统，在深入研究已有算法的基础上，提出了几个新算法，并验证了有效性。

本文共分五个章节。

第一章介绍三维网格模型的概念和基本应用。

第二章介绍三维模型检索系统的流程与用户界面设计框架。

第三章介绍基于随机过程的三维几何特征提取方法。

第四章介绍球面调和变换的概念和若干以检索为目的的快速球参数化方法，并对作者提出的新算法进行详细讨论。

第五章对实验结果进行总结并展望今后工作。

关键词：数字几何处理、三维模型检索、球面调和变换Key Words: Digital Geometry Processing, 3D Model Retrieval, Spherical Harmonic Transform第一章三维模型和数字几何处理的概念与应用1.1三维网格模型的概念和应用我们生活在一个三维的世界中，传统的照相技术只能获得三维物体的二维影像，而无法精确的记录物体的三维几何特征。

三维CAD模型检索研究现状综述

一
些不同类型的检索方法。为模型检索的重要依据。此种检索方式在相关领域知识的前提下对相根据不同场合、检索要求的不同，三维模型检索基本可以分为Ｂ－Ｒｅｐｓ￣ＣＳＧ描述的几何造型表
【关键词ｌＣＡＤ模型；模型检索；现状研究（４）以拓扑结构分析的方式以拓扑结构分析的方式主要考虑模型的一些拓扑关系和应用情况，最后进行基本的相似搜索。一般拓扑结构在很大程度上可以描述内
引言近几年来随着三维获取设备及相关软件技术的不断发展，对数据部结构，能有效描述局部细节和整体结构，并且有较好的稳定性，也是描述的需求开始增加。机械工程，建筑设计和装潢，服装设计，虚拟建面向语义和功能描述的三维ｃＡＤ模型检索的方法。模等领域都渐渐建立了相关模型库，三维模型数量仍在增加。所以三维３面向语义与功能描述的三维ＣＡＤ模型检索模型检索技术也已经成为各个领域的研究热点问题，各类学者提出了三维ＣＡＤ模型一般与各种制造加工、属性功能等有关，这些可以作
惑攘
三维ＣＡＤ模型检索研究现状综述
秦奕鹰科林环保装备股份有限公司
【摘要】随着三维技术的发展，三维模型检索技术已成为各领域以投影视图的方式检索的依据主要是一些模型的形态投影，这些的一个研究热点问题。在机械领域，应用三维ＣＡＤ模型的特征属性进行检形态投影都有其特定的函数表示。它主要用于工程领域。国外学者较多索，具有检索精度高，检索目的强等特点。本文对三维ＣＡＤ模型检索研究现采用扩展高斯秋的方法表征模型几何特征。还有一些学者利用模型的状进行了综述，ＣＡＤ模型检索可划分为两个层次，基于视觉相似性的和面向二位投影图比较实现检索。该方法通过某函数模型的投影特征向量来语义和功能描述的三维ＣＡＤ模型检索。对这两种检索层次下ＣＡＤ模型的检区分三维模型。优点是计算效率高，主要缺点是鲁棒性较差，函数投影索方法进行详细的分析和总结。最后展望了进一步的研究方向。容易出现少量信息丢失，细节检索能力差。

三维模型检索中若干特征提取方法的研究与应用

Abstract
With the development of 3D model acquisition, modeling methods, and hardware technology, 3D models are more and more widely used in many areas. Not only increasing number of 3D models are produced, did the quantity and scale of 3D model databases. Since constructing a new 3D model is a time-expending task as well as a energy-consuming job, it becomes more and more important to reuse the existing 3D models. In order to fully make use of the existing model resources, and find the models that one needs accurately and efficiently, the research on building the 3D model search engine is an urgent issue. A complete 3D model retrieval system typically includes feature extraction, similarity matching, index structure, and query interface. Among them, feature extraction is the most important for the 3D model retrieval. Hence 3D model feature extraction is the key technology in 3D model retrieval, and it is also the focus of this paper. The main job of this paper is to research and implement the technology of 3D model feature extraction, the innovation is that it proposes and implements three new methods of feature extraction: 1. The first method proposed in this paper is a 3D model geometric shape matching based on 2D projective point sets. It is different from the method of Min which compared the 3D shapes based on 2D contour map, also different from the means of Loffer which used the technology of of 2D image retrieval. This method compares the 3D shapes by measuring the statistical characteristic of 2D projective point sets, and it has low complexity. It is the first innovation of this paper. 2. Make use of multi-feature weighted distance to match the 3D models. Combine two characteristics, which is: the boundary feature of 2D projective point sets the former method had extracted, and the vertex density of triangle mesh of 3D models. The technology of the multi-feature weighted distance combining 2D boundary feature with 3D vertex density is the second innovation of this paper. 3. Introduce the curvature of discrete points into the 3D models matching. Extract the boundary conture of 2D projective point sets, compute the feature which is the product of the two: the curvature of discrete points on the boundary conture, and the distance between these points and

基于内容的三维模型比较与检索算法研究的开题报告

基于内容的三维模型比较与检索算法研究的开题报告一、研究背景随着3D打印技术的飞速发展和广泛应用，作为其重要支撑的三维模型的需求量不断增长，如何有效地检索和比较三维模型成为了迫切需要解决的问题之一。

传统的基于文本的检索无法满足用户对于模型外观细节等视觉上的需求，因此基于内容的三维模型比较与检索算法成为了当前研究的热点之一。

二、研究目的和意义本课题旨在探寻一种能够实现基于三维模型内容的检索和比较的算法，从而缩短用户在获取感兴趣模型时的检索时间。

对于3D模型制造、教育、艺术等领域，基于内容的三维模型比较与检索技术能够显著提升工作效率和操作便捷性，并且在文化创意产业推广、整合、应用等方面也有着广泛的应用前景。

三、研究内容和研究方法本研究将重点探究三维模型的内容表示、相似度度量和检索排序技术，并尝试设计实现一种基于内容的3D模型检索和比较系统。

具体的研究内容包括：1. 三维模型的内容表示：探究三维模型的表达形式及特征提取算法，构建三维模型的特征向量。

2. 相似度度量：研究三维模型的相似度度量方法，对比常见的相似度度量算法，寻找适用于三维模型的相似度度量方法。

3. 检索排序技术：基于相似度度量结果进行检索排序，考虑到检索结果的可解释性和稳定性，将会探讨使用机器学习、大数据分析等技术构建更加精准的排序模型。

4. 基于内容的三维模型比较与检索系统：在以上研究成果基础上设计实现一款基于内容的三维模型比较与检索系统并对其进行评价。

本研究将采用实验和模拟的方式，对模型相似度和检索排序算法的有效性、可扩展性和性能进行评估。

四、研究进度安排1. 第一阶段：文献调研和研究背景学习（1个月）2. 第二阶段：三维模型内容表示和相似度度量方法研究（2个月）3. 第三阶段：检索排序算法研究和实现（2个月）4. 第四阶段：基于内容的三维模型比较与检索系统实现和评价（2个月）5. 第五阶段：论文撰写及论文答辩准备（1个月）五、研究预期成果1. 提出一种基于内容的三维模型比较和检索的算法。

三维模型局部检索算法研究

ＣＨＥｈ — ｉｎ，ＨＡＮＧＳｕｓｅｇＷＡＮＧＦｉＮＳｕｑｏｇＺｈ —ｈｎ，ｅ
（ｈｅａｏａｏｏｔｐｒｒｅｉｎｔｇａｄＭａｕａｔｒｇｅｈｏｏｙＮｒｗｓｒｏｔｃｎｃｌＴｅＫｙＬｂｒｒｏＣｎｅｏａｙｓｎａｄＩｅｒｔｎｆｃｉｃｎｌ，ｏｔｅｔｎＰｌｅｈｉｔｙｆｍＤｇｎｅｕｎＴｇｈｅｙａＵｉｒｔ， ’ｎ７０７，ｈｎ）ｎｖｓｙＸｉ１０２Ｃｉａｅｉａ
陈书琼张树生王飞
（北工业大学现代设计与集成制造教育部重点实验室，安７０７）西西１０２Ｔｐｃｌｔｕｔｒｄｉｇａｄａｐｉａｉｎｆｃｎｏｔｅ３ｍｏｅｅｒｖｌｙｉａｒｃｕｅｍｏｅｌｎｐｌｔｉｇｔｈＤｄｌｔｉａｓｎｃｏａｒｅ
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中图分类号：Ｈ１，Ｐ９文献标识码：Ｔ２Ｔ３１Ａ
１相关研究
从ＣＤＡＡ￣Ｍ集成的角度出发，要求从整个生命周期各个阶段的不同需求来描述产品，能完整地、系统地、全面地描述产品信

一种基于球面调和分析的三维模型检索算法

Ｋｅｒｓ３ｍｏｅｓｒｔｉｖｌｆａｕｅｅｔａｔｇｒｔｔｎｉｖｒａｔｓｈｒａｈｒｎｃｙｗｏｄ：Ｄｄｌｅｒａ；ｅｔｒｘｒｃｉ；ｏａｉｎａｉｎ；ｐｅｉｌａｍｏｉｅｎｏｃ
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鲁棒性上都有所提高。关键渊：维模型检索；三特征提取；旋转不变；球面调和ＤＯＩ１．７８．ｓ．０２８３．ｌ．．５文章编号：０２８３（０１１．１４０文献标识码：中图分类ｕ：Ｐ９：０３７／ｉｎ１０．３１０１１０４ｊｓ２９１０ —３１２ｌ）９０９．３Ａ．Ｔ３１
１ｏｌｅｏｎｏｍａｉｎＳｉｃｎｎｉｅｒｇＯｅｎＵｉｅｓｙｏｈｎ，ｉｇａ，ｈｎｏｇ２６０，ｈｎ．ｌｇｆＩｆｒｔｃｎｅａｄＥｇｎｅｉ，ｃａｎｖｒｔｆＣｉａＱｎｄｏＳａｄｎ６０４ＣｉａＣｅｏｅｎｉ

XML描述的三维模型检索技术的研究

ＡｂｔａｔＣｏｔｎ — ａｅＤｄｌｅｒｅａｅｏｎｅｏｓｏ．Ｔｅｄｖｒｉｆｈｙｉｉｈｔｅ３ｍｏｅｅｃｂｄｍａｅｓｒｃ：ｎｅｔｓｄ３ｍｏｅｔｖｌｓｃｍｉｇｔｔｐｔｈｉｅｓｔｏｔｅｗａｗｈｃＤｄｌｓｓｒｅｋｓｂｒｉｉｂｈｈｙｎｈｉｄｉ
统的基于文本的信息检索方法已不能满足人们的需求。维三
Ｏ引言
计算机信息检索技术是信息采集的重要方法和手段。随着信息的爆炸式增长，息的数量正以惊人的速度飞速增长，信信息的表示方式越来越多，息检索也变得越来越重要。传信
ｄｓｒｂｎｅ３ｍｏｅＬｈｏｍａｉａｉｎｂｒｐｏｅｓｇｈｅｆａｕｅｘａｔｎｈｅｂｉｉｇｏｉｄｘｈｅｉｌｒａｅｃｉｇｔＤｄｌｎＸＭ，ｔｅｎｒｌｔｙｐｅｒｃｓｉ，ｔｔｒｔｃｉ，ｔｕｌｎｆｎｅ，ｔｍｉｉｍｅ — ｉｈｉｚｏｎｅｅｒｏｄｓａｔｙ
ＲｅｅｒｈｏｔｅａｃｎｌｇｆＤｄｌｅｃｉｅｓａｃｎｒｒｖｌｅｈｏｏｙｏｍｏｅｓｒｄｉＸＭＬｅｉｔ３ｄｂｎ
Ⅵ ＮＧｏｈａＧｕ．ｕ
（ｏｌｅｆｏｕｅＳｉｃｄｅｈｏｏｙｕｚｏｇｎｅｓｙｏＳｉｃｄｅｈｏｇ，Ｗｕａ０７，ＣｉａＣｌｇＣｍｐｔｒｃｅｅｎｃｎｌｇ，ＨａｈｎｉｒｔｆｃｎｅｎｃｌｅｏｎａＴＵｖｉｅａＴｎｏｙｈｎ３０４ｈｎ）４

三维CAD模型检索综述

似性的三维ＣＡＤ模型检索及面向语义与功能描述的三维
ＣＡＤ模型检索。基于视觉相似性的ＣＡＤ模型检索方法一般
可独立于领域知识，侧重于通过函数投影、统计分析、拓扑结
计算ＣＡＤ模型的几何描述参数。如Ｃｏｍｅｙ等人［４妇使用凸
包特征（ｃｏｎｖｅｘ
ｈｕｌｌ
构比较等方法提取ＣＡＤ模型的全局几何描述、形状特征等，
在此基础上生成多维空间中的特征描述子，最后在该多维特征空间中通过比较特征描述子来完成模型检索。如Ｆｏｕｎｋ— ｈｏｕｓｅｒ等人［２２］利用球面调和分析（ｓｐｈｅｒｉｃａｌｈａｒｍｏｎｉｃ）得到一组旋转不变的频率函数，并以此作为比较依据；Ｎｏｖｏｔｎｉ等人［２３］则将二维Ｚｅｒｎｉｋｅ矩方法推广到三维，用于模型不变性检索；ＨｉｌａｇａＥ２４１等人通过测地距离函数生成多分辨率Ｒｅｅｂ图来提取模型拓扑结构完成比较等。面向语义与功能描述的
提取全局几何结构描述是ＣＡＤ模型检索的常用方法之一，其基本思想是根据给定的ＣＡＤ模型表示，提取其中的各
种几何参数或结构描述，以简化模型的复杂数据描述，实现快速检索的目的。基于全局几何结构提取的方法可分为两个层次：几何参数提取及结构特征简化。其中，几何参数提取侧重于提取与
进一步的ＣＡＤ模型检索可划分为两个层次：基于视觉相
征。在此基础上对三维ＣＡＤ模型检索评测基准库、评测方法进行总结。最后对目前各类三维ＣＡＤ模型检索方法的检索
能力、开销等进行量化比较，在此基础上指出现有方法所面临的主要困难，并对进一步深入研究的方向进行展望。
其它ＣＡＤ数据规范（如ＩＧＥＳ）相比，ＳＴＥＰ标准在数据表达
与交换上改进较大，因而在面向语义及功能描述的检索系统
检索一直是研究热点之一［１］。近几年来随着三维获取设备及相关软件技术的不断发展，各种应用对三维数据描述的需求开始迅速增加，生物分子、机械工程、三维游戏、服装设计、虚拟现实场景建模、建筑设计及室内装潢等众多领域都逐步建立了相关模型库，且其中的三维模型数量仍在不断扩充。与此相应，面向内容的三维模型检索也逐步成为研究热点之一［２’３］，近年来提出了多种不同类型的模型检索方法。根据三维模型表示方法、应用场合及检索需求的不同，三维模型检索大体上可划分为两类：三维通用模型检索及三维ＣＡＤ模型检索。通用模型检索一般不涉及领域知识，侧重于从几何形状描述角度分析，通过几何比较、统计分析等方法，在提取通用模型形状描述子的基础上完成比较与检索［４。８］。较早开展这方面工作的研究机构包括美国普林斯顿大学［９］、德国Ｋｏｎｓｔａｎｚ大学［１“、日本东京大学［１１］等。

面向内容的三维模型数据库设计及其检索系统的实现

3)国家自然科学基金专项基金资助项目(编号60723003),国家自然科学基金资助项目(编号60505008),江苏省自然科学基金创新人才(学术带头人)基金资助项目(编号B K2007520)。

林金杰　硕士研究生,主要研究方向为基于内容的视觉信息处理、三维模型检索、人工智能;韦　伟硕士研究生,主要研究方向为三维模型检索、图像处理、计算机图形学;杨育彬　博士,主要研究方向为基于内容的视觉信息处理、人工智能、数据挖掘。

①http :///search.ht ml ②http ://.tw/～dynamic/计算机科学2008Vol 135№110　面向内容的三维模型数据库设计及其检索系统的实现3)林金杰　韦　伟　杨育彬(南京大学计算机软件新技术国家重点实验室　南京210093)摘　要　目前,对基于内容的三维模型检索的研究主要集中在检索过程所涉及到的算法方面,而对三维模型库的设计研究较少。

为此,详细分析了面向内容的三维模型库的建立过程,重点论述三维模型库的组织结构和分类表的设计,提出一种三维模型分类的手工构造方法,开发了三维模型库的管理软件,并研制了三维模型检索的原型系统。

其意义在于为三维模型检索研究提供一个结构合理、数据充分的三维模型库,从而为检索算法的研究奠定坚实的基础。

关键词　三维模型库,分类表,三维模型检索,面向内容　Content 2based Design and Implementation of 3D Model Database and R etrieval SystemL IN Jin 2jie WEI Wei YAN G Yu 2bin(State Key Laboratory for Novel Software Technology ,Nanjing University ,Nanjing 210093,China )Abstract Most of the current available content 2based 3D model retrieval techniques mainly focus on feature extraction and similarity measurement ,and seldom involve the proper design of 3D model databases.This paper presents a con 2tent 2based design and creation of 3D model databases.Firstly ,the paper proposes a novel 3D model database structure by introducing a classification hierarchy in the design of 3D model databases.On the basis of the proposed database de 2sign ,a 3D model database management module ,and a prototype system of content 2based 3D model retrieval are imple 2mented.The proposed database structure is capable of providing well 2structured and rich information in 3D model data 2bases ,and facilitates the implementation of content 2based 3D model retrieval system.K eyw ords 3D model database ,Classification hierarchy ,3D model retrieval ,Content 2based 1　引言三维模型是一种比二维图像内容更为丰富真实、更加符合人类视觉特性的多媒体数据类型,随着计算机图形学的发展以及三维模型获取技术、图形硬件技术的不断进步,其应用越来越广泛。

基于二维典型视图的三维CAD模型检索算法

广泛应用在产品开发的各个环节（ＡＤ、ＣＣＡＥ、ＣＰＡＰ、ＣＡＭ等）。统计数据表明，在新产品的研发过程中有超过７％的设计活动都是对已有的设计５进行重用或ห้องสมุดไป่ตู้微小修改 …。基于内容的三维ＣＡＤ模型
显地看出，螺丝刀的主视图相较于它的俯视图含有更多的信息，对于模型来说更具有代表性。因此，区别对待每个视图在模型相似性匹配过程中的重要程度是十分必要的。Ｌ等提出了一种基于ｉ二维投影视图最优权重的三维模型检索算法。该算法通过使用拉格朗日乘数子和支持向量机为视图配置权重，以达到区分不同视图重要性的目的。本文提出一种基于二维典型视图的三维ＣＡＤ模型检索算法，该算法通过从ＣＡＤ模型二维投影视图集中甄选出其中具有代表性（信息含量即高）的视图，将三维模型间的比较转化为各自典型视图间的相似性匹配。首先对一个三维ＣＡＤ模型沿固定视角进行投影，获得相应的二维投影视图集；然后采用Ａｐｉｒ法从中挖掘出具有代表ｒｉｏ算
能令人满意。
关键词：基于视觉相似的三维模型检索；Ａｐｉｒ法ｒｉｏ算中图分类号：Ｔ１４Ｈ６文献标识码：Ａ文童编号：１０ —０４２１）５上）０２０９１（００（一０８ — ４０３２

三维模型形状分析和检索

摘要随着激光扫描技术的发展以及计算机性能的提高，三维模型不仪在数目方面快速增长，而且其应用领域也越来越广泛，如工业产品的模型设计、虚拟现实、３Ｄ游戏和模拟仿真等。

特别是在互联网｝：，有大量共享的三维模型。

研究和开发三维模型搜索引擎帮助用户快速、准确地找到自己所需的三维模型，是一个迫切需要解决的问题。

论文针对三维模型形状分析和检索这一问题展开研究，主要工作包括以下几个方面：在模型预处理方面。

针对主向量分析用于姿态调整时产生的第一和第二主方向二义性问题，提出采用视图对称性来提高姿态调整的稳定性。

首先采用主向量分析计算给定模型的三个主方向，得到模型在第一和第二主方向构成平面上的投影视图。

对视图进行对称性分析，通过对称性进一步确定模型的第＋主方向。

实验表明，采用视图对称性可以有效地提高姿态调整的稳定性。

在基于直方图的特征描述方面。

采用空间点极径和法向定义旋转不变的几何信号：径向夹角。

以点极径和径向夹角作为基本几何信号构造直方图。

径向夹角克服了直接采用法向构造高斯图像存在对模型姿态敏感的问题。

提取的径向夹角直方图不仅具有旋转不变性，而且算法快速有效。

采用直方图描述保证提取的特征在噪声干扰或是多分辨率描述下有比较好的稳定性。

实验比较表明，和类似直方图描述相比较，径向夹角直方图可以得到更好的检索性能。

论文还讨论了表面点采样结果对检索结果的影响，提出采用体素化方法对采样点进一步均匀化，用以提高检索准确率。

在基于矩描述的三维形状分析方面。

以离散正交Ｋｒａｗｔｃｈｏｕｋ多项式为基函数，定义用于形状描述的三维Ｋｒａｗｔｃｈｏｕｋ矩。

三维Ｋｒａｗｔｃｈｏｕｋ矩能够对模型进行多分辨率描述。

针对正交多项式的高计算复杂度问题，构造索引表用于加速特征提取过程。

论文还讨论了不同阶下的矩对检索性能的影响以及体模型分辨率设置问题。

在实验部分，我们和三维几何矩，三维Ｚｅｍｉｋｅ矩进行检索性能比较，町以发现，采用三维Ｋｒａｗｔｃｈｏｕｋ矩在检索准确率方面有明显的改进。

三维模型检索中的预处理技术

ＡｂｔａｔＷｉｒｎｒＤｄｌｇａｄｄｇｔｉｇｔｏｓｅｅｏｅ，ｔｅｅｈｉｕｓｆｏｔｎ－ａｅＤｏｅｔｅａｅｏｓｒｅ：ｔｍｏｅａｄｍｏｅ３ｍｏｅｉｉｉｚｎｌｖｌｐｄｈｃｎｑｅｃｎｅｔｓｄ３ｍｄｌｅｒｖｌｃｍｅｈｎｎｉｏｄｔｏｂｒｉｂｎｃｓａｙＢｅａｓＤｄｌｒｉｅｂｔａｙｕｉｆａｕｅｎ，ｂｆｒｅｔｒｘｒｃｉｎｔｅｎｒｌａｉｎｓｅａｓｏｓｅｅｓｒ．ｃｕｅ３ｍｏｅｓｅｇｖｎｉａｉｒｎｔｏｓｒｍｅｔｅｏｅｆａｕｅｅｔａｔｏｍａｉｔｔｐｔｎｆｒａｎｒｒｓｍｅｏｈｚｏｒｍｍｏｅｔａｏｉａｏｒｉａｅｆｍｅｄｌｎｏａｃｎｃｌｏｄｎｔａ，Ｔｈｏｌｆｈｓｒｃｄｅｓｈｔｆｎｈｓｉｅｅｔｃｌ，ｐｓｔｏ，ｒｔｔｏ，ｏｒｅｔｔｎｉｎｃｒｅａｔｉｐｏｅｕａｏｅｃｏｅａｄｆｒｎａｅｏｉｎｏａｉｎｒｉｎｉｇｏｒｉｔｉｓｉｏａｏｏａｒｉａｄｌｔｅｅｒｐｅｅｔｔｎｉｅｃｏｉａｏｒｉａｅｆａｕｄｓｉｅｔｅｓｌｅＴｅｎｒａｉａｉｎｓｅｒｖｓｆｏｇｎｌｎｉｍｏｅ，ｈｎｔｒｓｎｉｔａｎｃｌｏｄｎｔｍｅｗｏｌｌｂａｌ．ｈｏｈｅａｏｎｈｎｃｒｔｌｈＴｍｌｔｐｉｏｅｚｏｔｍｐ
不变性，得同样的三维模型在不同的坐标系下具有相同的相似度，使这样可以提高基于内容的三维模型相似性比较算法的

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论文要点 1.三维模型检索发展现状
1.1三维模型检索系统的发展 1.2三维模型特征提取算法发展 2.数据获取及规范化表示 2.1 常用的几种立体视觉技术
(1)双像合成法。 (2)莫尔条纹法。 (3)傅里叶变换轮廓法。
(4)位相测量法。 (5)主动三角形法。 (6)几何光学聚焦法。 (7)飞行时间法。 2.2光谱法立体视觉技术 3.特征提取 3.1基于统计直方图的特征提取算法 3.2基于投影射线的特征提取算法
实现的方法步骤如下：
(1)对变量经线和纬线w进行初始化，初值为零；
(2)判断经线的值是否小于其最大值，满足条件则求出相应的值，利用2.1节中提到的方法进行角度为?的球截面和一系列三角面片是否相交的判断，把相交的三角面片放入集合s,；否则结束程序；
(3)判断纬线w的值是否小于其最大值，满足条件则求出对应的值，；否则w=0，返回步骤2；
）、Y=
（ x1 , x2, ......, xn ），则可用以下几
种方y式1 ,来y2计,.算....相., 似yn程度：
（1）统计距离：
2
（2）Minkowski-form距离（
D( X ,Y
）
)
i
( X i Yi ) 2 X i Yi
Lp
D(X ,Y ) X Y n
当n=1时，为绝对距离：
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[2]，台湾国立大学提供的检索系统[3]，德国莱比锡大学提供的检索系统[4]以及希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较少。
课题方向
如何在大量的三维模型中检索出所需要的三维模型，是三维模型检索技术的主要研究方向。
n
D ( X ,Y ) xi yi i 1
当n=2时，为Euclidean距离：
n
D( X ,Y )
(xi yi ) 2
i 1
结论
三维模型检索是近几年兴起的一个新的研究领域，目前仍然处于起步阶段。从国内来说，这方面的研究工作还很少见，仅有少量的文献报道。经过最近几年的发展，三维模型检索技术取得了不少的研究成果，但是还有许多问题需要解决
3.2.1投影射线法 4.相似性度量
4.1三维模型相似度量技术 5.展望
三维检索技术中难点
1、投影射线法：取一个固定，不同的射线组成的球截面，并向过原点
与之垂直的截面作投影，形成一条投影线，该投影线的方程为：
sin() • x cos() • y 0
球截面与三角面片的位置关系如图3-1所示：
(4)判断面片的索引号k是否不超过面片的最大值，满足条件则用上一节中的方法求出对应的u ,v, t,k++；否则k=0，返回3；
(5)判断u ,v, t 是否满足相交条件，不满足条件则t=0。把一系列对应的作为模型的特征值
2
2、三维模型相似度量技术
假设存在特征向量的空间
F和任R意/ 两
个向量X=（
三维模型检索技术
论文框架
1 研究背景 2 课题方向 3 论文要点
4 三维检索技术中难点
5 结论

研究背景
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。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三维模型。
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