三维模型的分割及应用研究

论文题目: 三维模型的分割及应用研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 计算机应用技术

作者: 孙晓鹏

导师: 李华

关键词: 数字几何处理,多媒体信息检索,三维模型,形状描述,三维检索,三维模型分割,有意义分割,局部显著性特征,骨架提取,主曲线,聚类分析,最短路径,压缩存储

文献来源: 中国科学院研究生院（计算技术研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: 继声音、图像、视频之后,三维数字几何处理已经成为新形式的数字媒体技术。其中三维模型的分割和形状描述,已经成为数字几何处理的热点,是参数化、纹理映射、几何变形等数字几何处理工作的关键技术。作为新形式的媒体检索技术方向,基于认知心理学原理的、面向有意义局部显著特征分割的三维感知形状描述标准P3DS,已经被写入了MPEG-7。本文首先对目前国际国内的三维模型分割研究进展、及其在各个方面的应用情况进行了综述,并围绕三维模型的分割和形状描述展开了研究工作。本文的主要贡献如下:1)提出一个用主曲线描述三维模型形状特征的新方法。三维模型投影为三次的空间光顺主曲线后,原来分布不均匀的、无序的数据集合在一维流形空间得到了有序化。通过对曲线弧长的均匀分割采样,比较曲线的空间位置和姿态等形状特征来实现对应的三维模型检索。使用三维模型的主曲线作为形状描述,克服了多分辨率、局部形变、噪声等因素。实验证明该形状描述相对几何变换是稳定的。2)提出使用KS主曲线算法,对人体尺寸测量工作中产生的带噪声扫描线数据进行融合、并利用曲率过零点对特征标记点进行分割和位置估计。同时依据人体骨架树,提出了变量化模糊分区的优化策略,大幅度提高了局部特征区域搜索的效率。3)给出一个基于CSR数据存储格式的三维网格模型上的最短路径算法,并利用中间计算结果,降低了Dijkstra算法的复杂度,提高了计算速度。该工作将用于三维网格模型在测地距离意义下的聚类分割。4)提出采用聚类分析方法,对三维点云模型进行分割。本文指出,对于分布呈现类内团聚状三维点云模型,K均值聚类分割可以得到较好的结果。与三维网格模型的K均值聚类分割、点云模型的谱系聚类分割的实验结果比较证实了这一点。

论文目录:

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 第四代数字媒体

1.2 数字几何处理

1.3 三维模型的形状描述及检索

1.4 基于分割的三维模型形状描述及检索

1.5 本文所做的主要工作

1.5.1 一个新的形状描述子

1.5.2 数字人体表面的融合与分割

1.5.3 用于网格分割的最短路径算法

1.5.4 点云模型的聚类分割

第2章三维模型分割与检索

2.1 三维模型分割概述

2.2 基于认知心理学的分割原理

2.3 分割在数字几何处理中的意义

2.4 国内外研究现状分析

2.5 三维模型分割的应用情况

2.5.1 三维模型检索中的分割

2.5.2 几何压缩传输中的分割

2.5.3 纹理映射中的分割

2.5.4 动画与几何变形中的分割

2.5.5 模型简化中的分割

2.5.6 CAD 逆向工程中的分割

2.6 基于不同原理的三维模型分割算法

2.6.1 基于分水岭方法的分割

2.6.2 基于曲率信息的分割

2.6.3 基于体素分解的分割

2.6.4 基于聚类分析的分割

2.6.5 基于拓扑结构图的分割

2.7 三维模型分割小结

2.8 三维模型检索概述

2.9 三维模型检索的形状描述技术

2.9.1 基于统计特征的形状描述技术

2.9.2 基于拓扑结构图的形状描述技术

2.9.3 基于图像比较的形状描述技术

2.10 三维模型检索小结

第3章主曲线――有序的形状描述

3.1 主曲线与形状描述

3.2 线性主成分分析与主曲线

3.2.1 PCA 与主曲线的比较

3.2.2 从 PCA 到主曲线

3.3 主曲线的流形描述

3.4 主曲线理论研究进展

3.4.1 主曲线的发展历程

3.4.2 HS-BR 主曲线

3.4.3 KS 主曲线

3.5 主曲线应用领域

3.6 小结

第4章基于主曲线分割的三维形状描述

4.1 引言

4.2 归一化预处理

4.2.1 主成分分析－PCA

4.2.2 三维模型的 PCA 归一化预处理

4.3 三维模型的主曲线

4.3.1 三维模型的 HS-BR 主曲线

4.3.2 三维模型的 HS-BR 主曲线性质

4.4 三维模型形状信息的曲线描述

4.5 相似度计算和形状匹配

4.6 实验结果分析

4.7 小结

第5章数字人表面数据的融合与分割

5.1 概述

5.2 噪声数据处理的相关工作

5.3 测量点集的非线性拟合

5.3.1 基于 K-means 的 KS 主曲线拟合

5.3.2 定义在测量点集上的 KS 主曲线

5.4 拟合曲线上任意点的曲率估计

5.5 基于骨架树的变量化模糊分区搜索策略

5.6 实验结果分析

5.6.1 特征点标记位置的估计

5.6.2 模糊分区及分割区间的提取

5.7 小结

第6章三维网格分割中的最短路径算法

6.1 概述

6.2 三维网格模型的存储

6.2.1 网格邻接关系的存储结构

6.2.2 三维网格模型的 CSR 结构

6.3 最短路径算法

6.3.1 Dijkstra 算法

6.3.2 三维网格模型的最短路径算法

6.4 具有 CSR 邻接关系存储的 Dijkstra 算法

6.5 实验结果分析和小结

第7章三维模型的聚类分割

7.1 聚类分析概述

7.1.1 数据预处理

7.1.2 相似性度量

7.1.3 类的定义和类间距离

7.2 三维模型的谱系聚类分割

7.3 三维模型的 K 均值聚类分割

7.4 实验结果分析

7.5 小结

第8章总结与展望

8.1 论文工作总结

8.2 未来的工作

参考文献

攻读博士学位期间发表论文目录

攻读博士学位期间参加的科研项目

致谢

作者简历

发布时间: 2006-12-27

参考文献

[1].三维模型形状分析和检索[D]. 潘翔.浙江大学2005
[2].三维模型几何相似性比较的研究[D]. 章志勇.浙江大学2005
[3].三维模型数字水印技术及防重构技术研究[D]. 孙树森.浙江大学2006
[4].三维模型特征提取与检索[D]. 柳伟.上海交通大学2008
[5].三维模型的局部匹配和检索方法研究[D]. 蒋立军.哈尔滨工业大学2014
[6].三维模型特征提取技术研究[D]. 孙挺.西北大学2011
[7].三维模型语义检索相关问题研究[D]. 郭竞.西北大学2013
[8].海量三维模型的交互绘制[D]. 田丰林.浙江大学2010
[9].面向普通用户的三维模型设计方法研究[D]. 谢越.浙江大学2016
[10].基于有监督学习的三维几何形状分析[D]. 谢智歌.国防科学技术大学2015

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