專利名稱：一種三維模型的骨架提取方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維圖像處理領(lǐng)域，具體地是涉及一種三維模型的骨架提取方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著圖像處理技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的圖像處理算法在理論和實(shí)踐上都取得 了巨大突破。三維模型在認(rèn)知心理學(xué)、醫(yī)療、勘探、模型識(shí)別、動(dòng)畫制作等領(lǐng)域都有非常廣泛 的應(yīng)用，因此對于三維模型的識(shí)別和處理是圖像處理領(lǐng)域的重要研究課題之一。三維模型 的骨架包含了豐富的拓?fù)湫畔?，因此在模型識(shí)別以及動(dòng)畫制作中起到了很重要的作用。
目前，許多的數(shù)學(xué)方法已經(jīng)提出并應(yīng)用到三維模型的骨架提取中，例如medial axis、 shock graphs、 reeb graph with morse theory等等。其中，medialaxis算法主要 利用的是三維模型內(nèi)切球的中心的軌跡，三維模型的骨架提取過程如圖1所示，reeb gr即h with morse theory算法主要利用的是三維模型的特殊點(diǎn)處的等勢性將三維模型劃分成為 若干個(gè)部分，這些特殊點(diǎn)主要指的是凸點(diǎn)、凹點(diǎn)或者鞍點(diǎn)等，然后根據(jù)各部分之間的結(jié)構(gòu)得 到一個(gè)如圖2所示的拓?fù)鋱D。 盡管這些數(shù)學(xué)方法很新穎且各具優(yōu)點(diǎn)，但它們對三維模型表面細(xì)小的噪音非常敏
感，從而導(dǎo)致最終提取出的骨架具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)不僅干擾了對三維模型
的認(rèn)知和識(shí)別，也帶來了冗余的計(jì)算量，因此很難直接應(yīng)用到實(shí)際場合中。 認(rèn)知心理學(xué)的研究已經(jīng)表明，人腦在感知三維幾何物體時(shí)，往往會(huì)忽略該物體表
面的細(xì)節(jié)，而自然地對該物體顯著的凹凸點(diǎn)感興趣。人腦會(huì)自然地在這些凹凸點(diǎn)處將物體
分解，然后逐步地去識(shí)別該物體。因此在提取一個(gè)符合認(rèn)知特征的三維模型骨架時(shí)，不應(yīng)考
慮三維模型表面的細(xì)節(jié)，而只需考慮三維模型的整體結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是要提供一種能夠清楚顯示三維模型整 體結(jié)構(gòu)的骨架提取方法和骨架提取裝置。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種三維模型的骨架提取方法，包括以下步驟 計(jì)算三維模型上每個(gè)點(diǎn)的曲率，根據(jù)曲率提取三維模型的關(guān)鍵點(diǎn)；計(jì)算三維模型上每個(gè)點(diǎn) 到每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的測地距離，根據(jù)測地距離中的最小值得到三維模型上每個(gè)點(diǎn)的高度值；根 據(jù)高度值將三維模型劃分為L個(gè)高度區(qū)間，每個(gè)高度區(qū)間對應(yīng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)高度 區(qū)間中的結(jié)點(diǎn)之間存在一條連線，由結(jié)點(diǎn)和連線組成三維模型的骨架。 與此對應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種三維模型的骨架提取裝置，包括關(guān)鍵點(diǎn)提取模 塊、高度值計(jì)算模塊和骨架提取模塊，關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊用于計(jì)算三維模型上每個(gè)點(diǎn)的曲率， 根據(jù)曲率提取三維模型的關(guān)鍵點(diǎn)；高度值計(jì)算模塊用于計(jì)算三維模型上每個(gè)點(diǎn)到每個(gè)關(guān)鍵 點(diǎn)的測地距離，根據(jù)測地距離中的最小值得到三維模型上每個(gè)點(diǎn)的高度值；骨架提取模塊 用于根據(jù)高度值將三維模型劃分為L個(gè)高度區(qū)間，每個(gè)高度區(qū)間對應(yīng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)高度區(qū)間中的結(jié)點(diǎn)之間存在一條連線，由結(jié)點(diǎn)和連線組成三維模型的骨架。 本發(fā)明的有益效果是，在三維模型的骨架提取過程中只考慮三維模型的整體結(jié)
構(gòu)，不考慮三維模型表面的細(xì)節(jié)，不僅算法簡單，極大地節(jié)約了計(jì)算量，也適合人腦對三維
模型的視覺感知特點(diǎn)，非常適合模型識(shí)別和動(dòng)畫制作等領(lǐng)域的應(yīng)用。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述中將變
得明顯和容易理解，其中 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中medial axis算法的原理示意圖； 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中reeb graph with morse theory算法的原理示意圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的骨架提取方法的流程圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的骨架提取方法的提取過程示意圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的骨架提取方法的提取結(jié)果示意圖；以及 圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的骨架提取裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終
相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附
圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。 本發(fā)明根據(jù)人腦對三維模型的視覺感知特點(diǎn)進(jìn)行三維模型的骨架提取，在骨架提
取過程中，本發(fā)明只考慮三維模型視覺特征顯著的特殊點(diǎn)，忽略三維模型表面的細(xì)節(jié)，從而
提取出的骨架能夠清楚地顯示三維模型的整體結(jié)構(gòu)，適合用于模型識(shí)別和動(dòng)畫制作等領(lǐng)域中。 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的三維模型的骨架提取方法的流程圖，圖4為圖3所示骨架 提取方法的處理過程的示意圖。該三維模型的骨架提取方法主要包括以下步驟
S310 :計(jì)算三維模型上每個(gè)點(diǎn)的曲率，根據(jù)曲率提取所述三維模型的關(guān)鍵點(diǎn)。提取 關(guān)鍵點(diǎn)的主要步驟為 S311 :根據(jù)曲率計(jì)算三維模型每個(gè)點(diǎn)的顯著值，并由顯著值大于預(yù)設(shè)的閾值的點(diǎn) 組成顯著點(diǎn)集。組成顯著點(diǎn)集包括以下步驟 S3111 :計(jì)算三維模型每個(gè)點(diǎn)的兩個(gè)主曲率、和k2，并計(jì)算平均曲率avg(v)為 aVg(v) = _L^I 。 S3112 :根據(jù)平均曲率avg(v)計(jì)算三維模型每個(gè)點(diǎn)在尺度空間。i中的曲率C(v，
Oi)為
，)exPHH2/(2<)〗 (i) V，CT'' _ IL )exp[—|hH|2/(2《)]
其中，N(v，20》為點(diǎn)v在尺度空間Oi中的鄰域。
然后計(jì)算三維模型每個(gè)點(diǎn)在尺度空間o i中的顯著值S(v， o》為
6
S(v， o》=|C(v， o i)-C(v，2 o》I (2) S3113 :根據(jù)S(v， o》計(jì)算三維模型每個(gè)點(diǎn)的顯著值S(v)為
S(v) =E i(M「i^)2S(v， o》 (3) 其中，Mi為對應(yīng)尺度空間o i中三維模型的最大顯著值，i^為對應(yīng)尺度空間o i中 三維模型上除Mi以外的局部極大值點(diǎn)的顯著值的平均和，局部極大值點(diǎn)為顯著值在鄰域 N(v，2o》內(nèi)最大的點(diǎn)。 閾值可以根據(jù)實(shí)際情況和圖像處理的精度要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例 中將閾值預(yù)先設(shè)定為三維模型最大顯著值Mi的0. 9倍。顯著值S(v)高于閾值的點(diǎn)所構(gòu)成 的點(diǎn)集就是三維模型上視覺特征顯著的點(diǎn)集，即顯著點(diǎn)集。對于如圖4(a)所示的三維模 型，提取顯著點(diǎn)集后的結(jié)果如圖4(b)所示。
S312 :提取顯著點(diǎn)集中的凸點(diǎn)，并對凸點(diǎn)進(jìn)行聚類。 S3121 :定義兩個(gè)主曲率都大于零的點(diǎn)為凸點(diǎn)，將顯著點(diǎn)集中所有凸點(diǎn)都提取出來 形成凸點(diǎn)集。 S3122:根據(jù)凸點(diǎn)的連通性劃分連通區(qū)域，并將每個(gè)連通區(qū)域中到其它凸點(diǎn)的測地 距離之和最小的凸點(diǎn)設(shè)為代表連通區(qū)域的代表點(diǎn)。 如果從點(diǎn)vl到點(diǎn)v2存在一條路徑，該路徑上所有的點(diǎn)都屬于凸點(diǎn)集中的點(diǎn)，則點(diǎn) vl與點(diǎn)v2連通。根據(jù)點(diǎn)與點(diǎn)之間的連通性將凸點(diǎn)集劃分為不同的連通區(qū)域，從每個(gè)連通區(qū) 域中選擇到該連通區(qū)域中其它各點(diǎn)的測地距離之和最小的點(diǎn)，并將該點(diǎn)射為代表整個(gè)連通 區(qū)域的點(diǎn)，記為代表點(diǎn)，從而形成代表點(diǎn)集。計(jì)算點(diǎn)vl和點(diǎn)v2之間的測地距離值的計(jì)算步 驟為 S31221 :將連通區(qū)域中的每個(gè)點(diǎn)v的測地距離值d(v)設(shè)為無窮大，將點(diǎn)vl的測地 距離值d(vl)設(shè)為O，并將所有點(diǎn)加入到列表List中。 S31222 :從List中選擇一個(gè)測地距離值d (v)最小的點(diǎn)v3，如果點(diǎn)v3就是點(diǎn)v2， 則此時(shí)點(diǎn)v3的測地距離值d(v3)就是點(diǎn)vl和點(diǎn)v2之間的測地距離值，計(jì)算結(jié)束，否則進(jìn) 行步驟S31223。 S31223 :假設(shè)v4表示與點(diǎn)v3之間進(jìn)行邊連接的點(diǎn)，連接邊的長度為length (v3， v4)，如果d(v3)+length(v3，v4) < d(v4)，則將點(diǎn)v4的測地距離值d(v4)更新為d(v4)= d(v3)+length(v3， v4)，并將點(diǎn)v4插入到列表List中，更新完所有與點(diǎn)v3相連接的點(diǎn)v4 之后，將點(diǎn)v3從列表List中刪除。 S31224 :重復(fù)步驟S31222和S31223，直到列表List為空。此時(shí)可以得到點(diǎn)vl和 點(diǎn)v2之間的測地距離值。 S3123 :采用K-中心點(diǎn)聚類算法(K-medoid算法)對代表點(diǎn)進(jìn)行聚類，將測地距離 相近的點(diǎn)聚成一類，測地距離較遠(yuǎn)的點(diǎn)分布在不同的類中。K-中心點(diǎn)聚類算法的主要步驟 為 S31231 :計(jì)算代表點(diǎn)集中每個(gè)點(diǎn)到該代表點(diǎn)集中其它點(diǎn)的測地距離，并進(jìn)行保存。
S31232 :如果要將代表點(diǎn)集聚成K類，從代表點(diǎn)集中任意選取K個(gè)點(diǎn)作為每個(gè)類中 的medoid。 S31233 :根據(jù)與medoid測地距離最近的原則，將代表點(diǎn)集中余下的點(diǎn)分到K個(gè)類 中去。
7
S31234:從每個(gè)類中選出一個(gè)到本類中其它點(diǎn)的平均測地距離最短的點(diǎn)作為該類 的新medoid。 S31235 :重復(fù)步驟S31233和S31234,直到每個(gè)類的medoid不再發(fā)生變化。此時(shí)， 代表點(diǎn)集被劃分為K類。 S313 :提取聚類后的每一凸點(diǎn)類中顯著值最大的點(diǎn)為關(guān)鍵點(diǎn)。如果步驟S312將三 維模型上的點(diǎn)分為K類，則說明該三維模型中存在K個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)對應(yīng)于骨架中 度為1的點(diǎn)，也就是骨架中一個(gè)分支的起點(diǎn)或者末點(diǎn)。將圖4(b)中圖像提取關(guān)鍵點(diǎn)后的結(jié) 果如圖4(c)所示。 S320:計(jì)算三維模型上每個(gè)點(diǎn)到每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的測地距離，根據(jù)測地距離中的最小 值得到三維模型上每個(gè)點(diǎn)的高度值。具體步驟包括 S321 :將三維模型上每個(gè)點(diǎn)v到每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的測地距離值d(v)設(shè)為無窮大，將每
個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)到自身的測地距離值d(v)設(shè)為O，并將所有點(diǎn)加入列表List中。 S322 :對于List中d(v)最小的點(diǎn)v，點(diǎn)vl與點(diǎn)v之間有長度為length (v，vl)的
連接邊，如果d(v)+length(v，vl) < d (vl)，則將點(diǎn)vl的測地距離值d (vl)更新為d(vl)=
d(v)+length(v， vl)，更新完所有與點(diǎn)v有連接邊的點(diǎn)vl之后，將點(diǎn)v從List中刪除。 S323 :重復(fù)進(jìn)行更新步驟S322，直至上述List為空，從而得到三維模型上每個(gè)點(diǎn)
的測地距離d(v)的最小值，將最小值設(shè)為三維模型上每個(gè)點(diǎn)的高度值。 S330 :根據(jù)高度值將三維模型劃分為L個(gè)高度區(qū)間，每個(gè)高度區(qū)間對應(yīng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)，
相鄰的兩個(gè)高度區(qū)間中的結(jié)點(diǎn)之間存在一條連線，由結(jié)點(diǎn)和連線組成三維模型的骨架。具
體步驟為 S331 :將高度值區(qū)間[min， max]等分成L份，得到量化高度值^為
<formula>formula see original document page 8</formula> 其中，min為高度值的最小值，max為高度值的最大值。 S332:根據(jù)量化高度值hi得到如圖4(d)所示的等勢線，以得到高度區(qū)間序列 {Dvp ， i = 1， . . . ， L，從而將三維模型劃分為與高度區(qū)間對應(yīng)的三角片集，每個(gè)三角片 集對應(yīng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)三角片集中的結(jié)點(diǎn)之間存在一條連線。按照圖4(e)的示意， 由這些結(jié)點(diǎn)和連線就可以組成三維模型的骨架。 根據(jù)本發(fā)明的三維模型的骨架提取方法對圖5(a)中的三維圖形進(jìn)行骨架提取，
最終可以得到如圖5(b)所示的骨架。對比圖5的(a)和(b)可以看出，本發(fā)明的骨架提取
方法能夠清楚地顯示三維模型的整體結(jié)構(gòu)，而不會(huì)被三維模型表面的細(xì)節(jié)所干擾。 圖6示出的是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的三維模型的骨架提取裝置IOO，其包括關(guān)鍵點(diǎn)
提取模塊110、高度值計(jì)算模塊120和骨架提取模塊130，關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊110用于計(jì)算三
維模型上每個(gè)點(diǎn)的曲率，根據(jù)曲率提取三維模型的關(guān)鍵點(diǎn)；高度值計(jì)算模塊120用于計(jì)算
三維模型上每個(gè)點(diǎn)到每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的測地距離，根據(jù)測地距離中的最小值得到三維模型上每
個(gè)點(diǎn)的高度值；骨架提取模塊130用于根據(jù)高度值將三維模型劃分為L個(gè)高度區(qū)間，每個(gè)高
度區(qū)間對應(yīng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)高度區(qū)間中的結(jié)點(diǎn)之間存在一條連線，由結(jié)點(diǎn)和連線組
成三維模型的骨架。
關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊110在根據(jù)曲率提取三維模型的關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)，首先根據(jù)曲率計(jì)算三 維模型每個(gè)點(diǎn)的顯著值，并由顯著值大于預(yù)設(shè)的閾值的點(diǎn)組成顯著點(diǎn)集；然后提取顯著點(diǎn)
集中的凸點(diǎn)，并對凸點(diǎn)進(jìn)行聚類；最后提取聚類后的每一凸點(diǎn)類中顯著值最大的點(diǎn)為關(guān)鍵 點(diǎn)。 其中，關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊110組成顯著點(diǎn)集包括首先計(jì)算三維模型每 個(gè)點(diǎn)的兩個(gè)主曲率、和k2，并計(jì)算平均曲率avg(v)為avg(v)-^l^;然后提
取模塊根據(jù)avg(v)計(jì)算三維模型每個(gè)點(diǎn)在尺度空間Oi中的曲率C(v， 0i)為
Oi中的鄰域，并計(jì)算三維模型每個(gè)點(diǎn)在尺度空間Oi中的顯著值S(v， 。i)為S(v， 0i) =|C(v， 。i)-C(v，2。i)1 ;最后根據(jù)S(v， 。i)計(jì)算三維模型每個(gè)點(diǎn)的顯著值S(v)為
500 = 2,.(^-*)250,(7》，其中為為對應(yīng)尺度空間。i中三維模型的最大顯著值；i為對
應(yīng)尺度空間o i中三維模型上除Mi以外的局部極大值點(diǎn)的顯著值的平均和，局部極大值點(diǎn) 為顯著值在鄰域N(v，2。i)內(nèi)最大的點(diǎn)。 高度值計(jì)算模塊120在計(jì)算三維模型上每個(gè)點(diǎn)的高度值時(shí)，首先將三維模型上每 個(gè)點(diǎn)v到每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的測地距離值d(v)設(shè)為無窮大，將每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)到自身的測地距離值 d(v)設(shè)為0，并將所有點(diǎn)加入列表List中；然后對于List中d(v)最小的點(diǎn)v，點(diǎn)vl與點(diǎn)v 之間有長度為length(v，vl)的連接邊，如果d(v)+length(v，vl) < d(vl)，則將點(diǎn)vl的測 地距離值d(vl)更新為d(vl) = d(v)+length(v， vl)，更新完所有與點(diǎn)v有連接邊的點(diǎn)vl 之后，將點(diǎn)v從所述List中刪除；重復(fù)進(jìn)行上述更新步驟，直至List為空，從而得到三維模 型上每個(gè)點(diǎn)的測地距離d(v)的最小值，將最小值設(shè)為三維模型上每個(gè)點(diǎn)的高度值。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法攜帶的全部或部分步驟是可 以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲(chǔ)于一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中， 該程序在執(zhí)行時(shí)，包括方法實(shí)施例的步驟之一或其組合。 另外，在本發(fā)明每個(gè)實(shí)施例中的各功能單元可以集成在一個(gè)處理模塊中，也可以 是每個(gè)單元單獨(dú)物理存在，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上單元集成在一個(gè)模塊中。上述集成的模 塊既可以采用硬件的形式實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)。所述集成的模塊如 果以軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，也可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī) 可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中。 上述提到的存儲(chǔ)介質(zhì)可以是只讀存儲(chǔ)器，磁盤或光盤等。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
C(v,o",)=
avgWexp[-l卜-v| /(2ct2)]
exp[-||;c-v|| /(2ct2)〗
，其中，N(v，2o》為點(diǎn)v在尺度空
權(quán)利要求
一種三維模型的骨架提取方法，其特征在于，包括以下步驟計(jì)算三維模型上每個(gè)點(diǎn)的曲率，根據(jù)所述曲率提取所述三維模型的關(guān)鍵點(diǎn)；計(jì)算所述三維模型上每個(gè)點(diǎn)到每個(gè)所述關(guān)鍵點(diǎn)的測地距離，根據(jù)所述測地距離中的最小值得到所述三維模型上每個(gè)點(diǎn)的高度值；根據(jù)所述高度值將所述三維模型劃分為L個(gè)高度區(qū)間，每個(gè)所述高度區(qū)間對應(yīng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)所述高度區(qū)間中的所述結(jié)點(diǎn)之間存在一條連線，由所述結(jié)點(diǎn)和所述連線組成所述三維模型的骨架。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨架提取方法，其特征在于，所述根據(jù)曲率提取所述三維模 型的關(guān)鍵點(diǎn)包括根據(jù)所述曲率計(jì)算所述三維模型每個(gè)點(diǎn)的顯著值，并由所述顯著值大于預(yù)設(shè)的閾值的 點(diǎn)組成顯著點(diǎn)集；提取所述顯著點(diǎn)集中的凸點(diǎn)，并對所述凸點(diǎn)進(jìn)行聚類； 提取聚類后的每一凸點(diǎn)類中所述顯著值最大的點(diǎn)為關(guān)鍵點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的骨架提取方法，其特征在于，所述組成顯著點(diǎn)集包括 計(jì)算所述三維模型每個(gè)點(diǎn)的兩個(gè)主曲率b和k^并計(jì)算平均曲率avg(v)為根據(jù)所述avg(v)計(jì)算所述三維模型每個(gè)點(diǎn)在尺度空間Oi中的曲率C(v， 0i)為的鄰域，并計(jì)算所述三維模型每個(gè)點(diǎn)在尺度空間Oi中的顯著值S(v， 0i)為S(v， 0i)= C(v， o i)-C(v，2 o》I ;根據(jù)所述S(v， o》計(jì)算所述三維模型每個(gè)點(diǎn)的顯著值S(v)為S(v) =E i(Mi;^S(v， o i)，其中，Mi為對應(yīng)尺度空間o i中所述三維模型的最大顯著值；i為對應(yīng)尺度空間o i中 所述三維模型上除Mi以外的局部極大值點(diǎn)的顯著值的平均和，所述局部極大值點(diǎn)為顯著值 在鄰域N(v，2。i)內(nèi)最大的點(diǎn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的骨架提取方法，其特征在于，所述提取所述顯著點(diǎn)集中的凸 點(diǎn)并對所述凸點(diǎn)進(jìn)行聚類包括提取所述顯著點(diǎn)集中兩個(gè)主曲率均大于零的點(diǎn)為凸點(diǎn)；根據(jù)所述凸點(diǎn)的連通性劃分連通區(qū)域，并將每個(gè)所述連通區(qū)域中到其它所述凸點(diǎn)的測 地距離之和最小的凸點(diǎn)設(shè)為代表所述連通區(qū)域的代表點(diǎn)； 采用K-中心點(diǎn)聚類算法對所述代表點(diǎn)進(jìn)行聚類。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨架提取方法，其特征在于，所述得到三維模型上每個(gè)點(diǎn)的 高度值包括將所述三維模型上每個(gè)點(diǎn)v到每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的測地距離值d (v)設(shè)為無窮大，將每個(gè)所述 關(guān)鍵點(diǎn)到自身的測地距離值d(v)設(shè)為0，并將所有點(diǎn)加入列表List中；對于所述List中d(v)最小的點(diǎn)v，點(diǎn)vl與所述點(diǎn)v之間有長度為length(v，vl)的連 接邊，如果d (v) +length (v， vl) < d (vl)，則將所述點(diǎn)vl的測地距離值d (vl)更新為 <formula>formula see original document page 2</formula>，其中，N(v，2。i)為點(diǎn)v在尺度空間0i中=d(v)+length(v， vl)，更新完所有與所述點(diǎn)v有連接邊的點(diǎn)vl之后，將所述點(diǎn)v從所述 List中刪除；重復(fù)進(jìn)行所述更新步驟，直至所述List為空，從而得到所述三維模型上每個(gè)點(diǎn)的測地 距離d(v)的最小值，將所述最小值設(shè)為所述三維模型上每個(gè)點(diǎn)的高度值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨架提取方法，其特征在于，所述組成三維模型的骨架包括將高度值區(qū)間[min， max]等分成L份，得到量化高度值//,. = i(max-min) + min,1，，L，其中，min為所述高度值的最小值，max為所述高度值的最大值； 根據(jù)所述量化高度值h得到等勢線，以得到高度區(qū)間序列{Dvp hj} ， i = 1， . . . ， L， 從而將所述三維模型劃分為與所述高度區(qū)間對應(yīng)的三角片集，每個(gè)所述三角片集對應(yīng)一個(gè) 結(jié)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)所述三角片集中的所述結(jié)點(diǎn)之間存在一條連線，由所述結(jié)點(diǎn)和所述連線 組成所述三維模型的骨架。
7. —種三維模型的骨架提取裝置，其特征在于，包括關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊、高度值計(jì)算模塊 和骨架提取模塊，所述關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊，用于計(jì)算三維模型上每個(gè)點(diǎn)的曲率，根據(jù)所述曲率提取所述三 維模型的關(guān)鍵點(diǎn)；所述高度值計(jì)算模塊，用于計(jì)算所述三維模型上每個(gè)點(diǎn)到每個(gè)所述關(guān)鍵點(diǎn)的測地距 離，根據(jù)所述測地距離中的最小值得到所述三維模型上每個(gè)點(diǎn)的高度值；所述骨架提取模塊，用于根據(jù)所述高度值將所述三維模型劃分為L個(gè)高度區(qū)間，每個(gè) 所述高度區(qū)間對應(yīng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)所述高度區(qū)間中的所述結(jié)點(diǎn)之間存在一條連線， 由所述結(jié)點(diǎn)和所述連線組成所述三維模型的骨架。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的骨架提取裝置，其特征在于，所述關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊根據(jù)曲率 提取所述三維模型的關(guān)鍵點(diǎn)包括所述關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊根據(jù)所述曲率計(jì)算所述三維模型每個(gè)點(diǎn)的顯著值，并由所述顯著 值大于預(yù)設(shè)的閾值的點(diǎn)組成顯著點(diǎn)集；所述關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊提取所述顯著點(diǎn)集中的凸點(diǎn)，并對所述凸點(diǎn)進(jìn)行聚類； 所述關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊提取聚類后的每一凸點(diǎn)類中所述顯著值最大的點(diǎn)為關(guān)鍵點(diǎn)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的骨架提取裝置，其特征在于，所述關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊組成顯著 點(diǎn)集包括所述關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊計(jì)算所述三維模型每個(gè)點(diǎn)的兩個(gè)主曲率lq和k2，并計(jì)算平均曲率 <formula>formula see original document page 3</formula>所述關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊根據(jù)所述avg(v)計(jì)算所述三維模型每個(gè)點(diǎn)在尺度空間、中的 <formula>formula see original document page 3</formula>在尺度空間o i中的鄰域，并計(jì)算所述三維模型每個(gè)點(diǎn)在尺度空間o i中的顯著值S(v， o》 為S(v， o》=|C(v， o i)-C(v，2o》I ;所述關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊根據(jù)所述S(v， 0i)計(jì)算所述三維模型每個(gè)點(diǎn)的顯著值S(v)為 S(v) =E i(Mi;i"S(v， o i)，其中，Mi為對應(yīng)尺度空間o i中所述三維模型的最大顯著值，曲率 <formula>formula see original document page 3</formula>其中，N(v，2。i)為點(diǎn)v^為對應(yīng)尺度空間o i中所述三維模型上除Mi以外的局部極大值點(diǎn)的顯著值的平均和，所述局部極大值點(diǎn)為顯著值在鄰域N(v，2。i)內(nèi)最大的點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的骨架提取裝置，其特征在于，所述高度值計(jì)算模塊得到三維 模型上每個(gè)點(diǎn)的高度值包括所述高度值計(jì)算模塊將所述三維模型上每個(gè)點(diǎn)v到每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的測地距離值d(v)設(shè) 為無窮大，將每個(gè)所述關(guān)鍵點(diǎn)到自身的測地距離值d(v)設(shè)為O，并將所有點(diǎn)加入列表List 中；對于所述List中d(v)最小的點(diǎn)v，點(diǎn)vl與所述點(diǎn)v之間有長度為length (v，vl)的連 接邊，如果d (v) +length (v， vl) < d (vl)，則將所述點(diǎn)vl的測地距離值d (vl)更新為d (vl) =d(v)+length(v， vl)，更新完所有與所述點(diǎn)v有連接邊的點(diǎn)vl之后，將所述點(diǎn)v從所述 List中刪除；所述高度值計(jì)算模塊重復(fù)進(jìn)行所述更新步驟，直至所述List為空，從而得到所述三維 模型上每個(gè)點(diǎn)的測地距離d(v)的最小值，將所述最小值設(shè)為所述三維模型上每個(gè)點(diǎn)的高度值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種三維模型的骨架提取方法，包括以下步驟計(jì)算三維模型上每個(gè)點(diǎn)的曲率，根據(jù)曲率提取三維模型的關(guān)鍵點(diǎn)；計(jì)算三維模型上每個(gè)點(diǎn)到每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的測地距離，根據(jù)測地距離中的最小值得到三維模型上每個(gè)點(diǎn)的高度值；根據(jù)高度值將三維模型劃分為L個(gè)高度區(qū)間，每個(gè)高度區(qū)間對應(yīng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)高度區(qū)間中的結(jié)點(diǎn)之間存在一條連線，由結(jié)點(diǎn)和連線組成三維模型的骨架。本發(fā)明還提供了一種骨架提取裝置，包括關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊、高度值計(jì)算模塊和骨架提取模塊。本發(fā)明在三維模型的骨架提取過程中只考慮三維模型的整體結(jié)構(gòu)，不考慮三維模型表面的細(xì)節(jié)，不僅極大地節(jié)約了計(jì)算量，也適合人腦對三維模型的視覺感知特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06T17/00GK101751698SQ20101003454
公開日2010年6月23日 申請日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者劉永進(jìn), 羅曦 申請人:清華大學(xué)