專利名稱：一種基于凸包與obb的三維網(wǎng)格模型骨架提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計算機動畫、3D模型建立、形狀分析等領(lǐng)域，具體是指一種利用凸包與OBB的三維網(wǎng)格模型骨架提取方法，可應(yīng)用于網(wǎng)格蒙皮動畫、三維物體識別與匹配等技術(shù)環(huán)節(jié)。
背景技術(shù)：
3D模型的線骨架提取是計算機圖形學(xué)及可視化研究中的一個重要研究課題。線性骨架，亦即一維骨架，是3D物體幾何和拓撲信息的一維表示，可應(yīng)用于三維模型的形狀分析中，在計算機動畫、物體識別和匹配、模型重建、虛擬導(dǎo)航等領(lǐng)域也有著重要的應(yīng)用價值。近年來，已有一些算法被提出應(yīng)用于網(wǎng)格模型的線性骨架提取，常用方法有(1) 細化算法。通過多次迭代收縮，在不破壞物體連通性的情況下剔除邊界點，且確保不剔除端點，最終推進到物體內(nèi)部形成骨架。( 基于計算幾何和圖論的方法。Amenta等人提出了基于voronoi圖及其對偶圖Delaimay三角化的中軸提取方法，該方法可以從點云模型提取中軸。Leymari提出的S10Ck圖方法也屬于幾何方法中的一種。這兩類幾何方法都是以中值面或中軸線為基礎(chǔ)，其缺點是對噪聲點非常敏感，計算量大。( 基于Reeb圖的方法，近年來取得很大進展。其思想是在網(wǎng)格表面定義一個連續(xù)函數(shù)，計算每個模型頂點的函數(shù)值， 將具有相同函數(shù)值的頂點聚合成一個頂點，得到模型的骨架。如Hilaga等人提出的MRG算法。該方法雖能夠有效地描述三維模型的整體拓撲分支結(jié)構(gòu)，但是缺乏表面細節(jié)特性的保留；尤其在主體與分支的連接區(qū)域缺乏有效的判斷；為了確定細小的分支部分，必須不斷地提高模型的分區(qū)，大大降低了骨架提取的精度和效率。(4)基于廣義場函數(shù)方法，如mi等人的基于可見反力場算法，由于考慮更大范圍的模型邊界點的作用，對噪聲點不敏感，但計算量大。( 交互方法，如Verroust和Lazarus提出一種從多邊形網(wǎng)格上抽取骨架曲線的方法輸入一些3D數(shù)據(jù)點集，通過用戶對源點(骨架曲線的起點)的選取和采樣，生成樹狀的曲線集合。該算法相對復(fù)雜，且需要大量人工操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種切實可行的方法，實現(xiàn)基于凸包與OBB 的三維網(wǎng)格模型骨架提取方法。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案得以實現(xiàn)的一種基于凸包與OBB包圍盒的線性骨架提取方法，包括下列步驟(1)對三維網(wǎng)格模型進行分割，生成多個子網(wǎng)格模型。(2)通過對各子網(wǎng)格的點集求最小凸包，使用凸包頂點構(gòu)造子網(wǎng)格的凸包近似。(3)計算每個凸包點集的形心，構(gòu)造原始骨架點。(4)用OBB包圍盒進行重疊計算，求出相交點集，生成關(guān)節(jié)骨架點。(5)對原始骨架點與關(guān)節(jié)骨架點進行連接，最終形成完整骨架。首先將整體網(wǎng)格進行分割。我們采用基于特征區(qū)域增長的交互式分割技術(shù)。首先用不同顏色在屏幕上標注出前景曲線及背景曲線，然后計算網(wǎng)格上對應(yīng)的投影點集。以這些點為“種子點”，采用Isophotic度量距離進行區(qū)域增長，將網(wǎng)格劃分為想要的各個部分， 并對不夠平滑的邊界區(qū)域進行優(yōu)化，最終達到想要的分割結(jié)果。對各子網(wǎng)格模型，我們使用改進增量方法求取凸包，提取出各子網(wǎng)格的初始形狀。 由于凸包頂點可有效地表示該部分點云的總體形狀信息，可以將凸包頂點作為該子網(wǎng)格模型的近似表示，有效地減少后續(xù)計算量，提高算法效率。求取各子網(wǎng)格凸包頂點集合的OBB包圍盒，用包圍盒的中心作為初始骨架頂點， 連接相鄰骨架點，生成初始骨架，而包圍盒的三個軸向可用于接下來的關(guān)節(jié)骨架點求取。對兩相鄰子網(wǎng)格模型，其OBB交集中的點是相應(yīng)關(guān)節(jié)周圍的點，對這些點求取中心點，可作為關(guān)節(jié)骨架點，將其與相鄰原始骨架點連接，就可生成原模型的完整骨架。本發(fā)明具體方案如下(1)網(wǎng)格分割對一整體網(wǎng)格模型，基于特征的區(qū)域生長算法對網(wǎng)格進行分割處理；首先輸入一個三維網(wǎng)格模型，在三維網(wǎng)絡(luò)模型上標注出前景曲線與背景曲線，然后計算從視點發(fā)出的射線通過前后背景曲線與網(wǎng)格的交點，定義為C= {CF，CB}，其中CF、CB分別為前景曲線與背景曲線的投影點集；再根據(jù)Isophotic度量距離進行區(qū)域增長；Isophotic度量考慮的因素有曲面上邊的長度、曲面法向量、曲率的度量；Isophotic度量的公式化離散形式表述為
權(quán)利要求
1. 一種基于凸包與OBB的三維網(wǎng)格模型骨架提取方法，其特征在于包括下述步驟(1)網(wǎng)格分割對一整體網(wǎng)格模型，基于特征的區(qū)域生長算法對網(wǎng)格進行分割處理；首先輸入一個三維網(wǎng)格模型，在三維網(wǎng)絡(luò)模型上標注出前景曲線與背景曲線，然后計算從視點發(fā)出的射線通過前后背景曲線與網(wǎng)格的交點，定義為C= {CF，CB}，其中CF、CB分別為前景曲線與背景曲線的投影點集；再根據(jù)Isophotic度量距離進行區(qū)域增長；Isophotic度量考慮的因素有曲面上邊的長度、曲面法向量、曲率的度量；Isophotic度量的公式化離散形式表述為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用凸包與OBB的三維網(wǎng)格模型骨架提取方法。本發(fā)明通過對三維網(wǎng)格模型進行分割，生成多個子網(wǎng)格模型，再通過對各子網(wǎng)格的點集求最小凸包，使用凸包頂點構(gòu)造子網(wǎng)格的凸包近似，以及計算每個凸包點集的形心，構(gòu)造原始骨架點，然后用OBB包圍盒進行重疊計算，求出相交點集，生成關(guān)節(jié)骨架點，最終對原始骨架點與關(guān)節(jié)骨架點進行連接，最終形成完整骨架。本發(fā)明的優(yōu)點是數(shù)據(jù)準確、操作方便，計算效率高等優(yōu)點。本發(fā)明在計算機動畫、物體識別和匹配、模型重建、虛擬導(dǎo)航等領(lǐng)域也有著重要的應(yīng)用價值。
文檔編號G06T17/00GK102254343SQ20111017943
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者李重, 林佼 申請人:浙江理工大學(xué)