专利名称：三角网格上多尺度曲率特征提取方法
技术领域：
本发明属于数字媒体技术领域，特别涉及到用于可视媒体的智能化处理中，对于一种三 角网格上多尺度曲率特征提取的方法。
背景技术：
在数字媒体中，三角网格是三维几何数字表达中的一种最为普通的格式。得益于三维激 光测量技术等三维数据获取方法的进步，继上个世纪70年代的数字音频、80年代的数字图 像、90年代的数字视频之后，自本世纪初开始，数字几何作为一种新的数字媒体出现并得到 日益广泛的应用。与传统的釆用CAD技术的建模相比，使用三维获取技术可以快速获得高质 量的三维几何数据，并且不需要操作者具有高深的专业知识和复杂的操作，极大地推动了三 维几何数据的普及，使三维几何无论在数量上还是规模上都得到了很大的提高。在数字几何 对于连续曲面的离散表达形式中，三角网格是最为通用的一种格式，被广泛应用在影视娱乐、 3D游戏、虚拟现实、文化遗产保护等方面。随着扫描获取技术的不断进步，具有丰富几何特 征的实物可以通过扫描获取及建模，转换为三角网格模型，对其中几何特征的分析吸引了越 来越多研究者的关注。其结果可以应用在基于内在几何信息的各种领域中，例如基于内容的 模型检索、模型匹配、特征保持的模型简化等领域。对于网格模型曲率特征的分析，是近年 来国外研究的热点，但现有的方法在提取特征的过程中，没有考虑曲率的尺度特性，对于细 节特征和粗粒度特征没有明确的划分，导致对模型的理解不够全面，特征提取的结果不能完 全反映模型蕴含的几何信息。发明内容本发明需要解决的技术问题是，针对在已有技术中，-对网络模型曲率特征的分析没有考 虑曲率信息的尺度特性，对于细节特征和粗粒度特征没有明确划分，导致对模型理解不够全 面，特征结果提取不理想等诸多不足之处，为了克服这些不足，就需要寻求新的分析方法， 本发明的目的在于提供一种三角网格上多尺度曲率特征提取方法。也即需要基于一种多尺度的网格形状分析方法，该方法能够提取特定尺度的网格曲率特 征，作为在该尺度下网格几何形状的主要描述，从而建立起对网格几何信息的全面表达。为解决上述技术问题，本发明的目的采用以下技术方案来实现， 一种三角网格上多尺度曲率特征提取方法，其特征在于按照以下流程步骤操作步骤a.多尺度的网格点主曲率信息估计通过对网格顶点特定尺度下的局部临域主分量分析，得到主分量信息，并根据主分量信息和曲率的渐进解析关系估计主曲率信息； al.用球函数及其衍生函数和网格示性函数做巻积； a2.通过主分量分析得到主分量并反求主曲率；a3.得到在特定尺度下的主曲率信息，再由主曲率信息计算高斯曲率信息； 步骤b.特定尺度下局部网格曲面几何描述符的构建 bl.将网格顶点按照高斯曲率由大到小排序； b2.对每个网格顶点，根据其曲率方向和法向构建局部标架；b3.在局部标架内，根据主曲率构建局部二次密切曲面，并提取和二次密切曲面契合良好 的局部网格曲面几何描述符；步骤c.特定尺度下网格曲率特征的提取cl.对每个局部网格曲面几何描述符计算曲率特征函数值；c2.从曲率特征函数值最大的描述符开始进行广度优先聚类，得到特定尺度下网格模型的 曲率特征。基于上述方法，可以通过提取的多尺度的曲率特征进行形状分析，进行特征分类和特征 编辑。基于上述方法，可以在不同的模型之间通过曲率特征-的比对，进行多尺度的模型匹配。概括地说，本发明首先通过临域主分量分析的方法估计网格上多尺度的网格点主曲率信 息；从而得到在特定尺度下与旋转平移无关的内蕴几何量。传统的网格曲率估计方法是离散 微分几何方法和局部拟合方法，这两种方法都没有确定的尺度特性，而本发明根据一种基于 临域主分量分析的方法，来估计特定尺度下的曲率信息。在得到曲率信息的基础上，将原网 格分解成能够表达局部几何形状的特征描述符的集合，这种特征描述符是网格局部对于二次 曲面的一种契合形式，根据局部曲率约束的关系构造得到的。在构造了网格局部特征描述符 之后，本发明通过定义曲率特征函数，聚合特征明显的局部几何特征描述符，得到特定尺度 下网格模型富含几何信息的曲率特征。本发明的有益效果是，该分析方法通过临域主分量分析，估计网格上多尺度的网格点主 曲率信息，从而能理想地提取特定尺度下的网格模型富含几何信息的曲率特征。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图1为本发明的提取方法流程图。图2为本发明中估计网格多尺度的曲率信息的示意图。图3为表明局部契合误差的曲线形式。
具体实施方式
参照图1，表示本发明的提取方法流程图。输入数据是待分析的任意拓扑的三角网格。 本发明首先通过临域主分量分析的方法，a多尺度的网格曲率信息估计，al用球函数及其衍 生函数和网格示性函数做巻积；a2通过主分量分析得到主分量并反求主曲率；a3基于多尺 度的主曲率计算高斯曲率信息；b通过高斯曲率在二次曲面上的约束形式，构建满足局部二 次曲面约束的网格特征描述符集合，bl将网格顶点按照高斯曲率由大到小排序；b2对每个 网格顶点，根据其曲率方向和法向构建局部标架；b3在局部标架内，根据主曲率构建局部 二次密切曲面，并提取和二次密切曲面契合良好的局部网格曲面几何描述符；最后根据定义 的曲率特征函数，将特征明显的描述符进行聚合；c得到特定尺度下网格曲率特征的提取；cl 对每个局部网格曲面几何描述符计算曲率特征函数值；c2从曲率特征函数值最大的描述符 开始进行广度优先聚类，得到特定尺度下网格模型的曲率特征。参照图2为本发明中估计网格多尺度曲率信息估计的示意图。本发明通过以网格点为中 心的球临域(21)和网格内部区域求交得到网格点局部临域(22)。再通过主分量分析得到反 映局部临域整体形状的主分量(23)。并通过主分量和主曲率的渐进约束关系估计多尺度上网 格模型的主曲率信息主分量和主曲率的渐进约束关系为<formula>formula see original document page 5</formula>本发明中构建多尺度的网格局部特征描述符集合的表达方式中。首先根据估计的主曲率 信息计算高斯曲率信息，然后根据网格顶点高斯曲率绝对值的大小依次构建局部二次密切曲 面。参照图3，表示每个二次曲面按照计算高斯曲率和估计高斯曲率衡量局部契合误差，该 误差在Yp、 Xp坐标域中表示为P、 S曲线之间高斯曲率的差异，通过累计误差和设置截断阈 值，得到与二次曲面契合程度良好的网格局部特征描述符。最后形成一个对原始网格的局部 特征描述符覆盖的结构。高斯曲率计算公式为<formula>formula see original document page 5</formula>当网格的特征描述符覆盖结构生成之后，其特征定义为特征描述符的聚类，特征是否显 著通过如下的曲率特征函数来定义通过聚合特征明显的局部几何特征描述符，得到特定尺度下网格模型的曲率特征，小尺 度的曲率特征反映了网格模型的细节特征，大尺度的曲率特征反映了网格模型的粗粒度特征， 这种尺度效果符合了人们观察物体由近及远的不同感受，并且可以在不同尺度上反应物体的 特征，是对三维特征更加全面的表述。
权利要求
1.一种三角网格上多尺度曲率特征提取方法，其特征在于按照以下流程步骤操作a.多尺度的网格点主曲率信息估计通过对网格顶点特定尺度下的局部临域主分量分析，得到主分量信息，并根据主分量信息和曲率的渐进解析关系估计主曲率信息。并根据主分量信息和曲率的渐进解析关系，a1.用球函数及其衍生函数和网格示性函数做卷积；a2.通过主分量分析得到主分量并反求主曲率；a3.得到在特定尺度下的主曲率信息，再由主曲率信息计算高斯曲率信息；b.特定尺度下局部网格曲面几何描述符的构建b1.将网格顶点按照高斯曲率由大到小排序；b2.对每个网格顶点，根据其曲率方向和法向构建局部标架；b3.在局部标架内，根据主曲率构建局部二次密切曲面，并提取和二次密切曲面契合良好的局部网格曲面几何描述符；c.特定尺度下网格曲率特征的提取c1.对每个局部网格曲面几何描述符计算曲率特征函数值；c2.从曲率特征函数值最大的描述符开始进行广度优先聚类，得到特定尺度下网格模型的曲率特征。
2. 根据权利要求1所述的三角网格上多尺度曲率特征提取方法，其特征在于通过提取的多尺度的曲率特征进行形状分析，进行特征分类和特征编辑。
3. 根据权利要求1所述的三角网格上多尺度曲率特征提取方法，其特征在于在不同的 模型之间通过曲率特征的比对，进行多尺度的模型匹配。
全文摘要
一种三角网格上多尺度曲率特征提取方法，属于数字媒体技术领域，该方法按照以下流程步骤操作a.多尺度的网格点主曲率信息估计；b.特定尺度下局部网格曲面几何描述符的构建；c.特定尺度下网格曲率特征的提取。该分析方法通过临域主分量分析，估计网格上多尺度的网格点主曲率信息，从而能理想地提取特定尺度下网格模型上的富含几何信息的曲率特征。
文档编号G06T17/00GK101276481SQ200810104190
公开日2008年10月1日 申请日期2008年4月16日 优先权日2008年4月16日
发明者杨永亮, 胡事民 申请人:清华大学