估計多組件三維模型的誤差度量的方法和裝置制造方法
【專利摘要】為了計算兩個3D多組件模型之間的誤差度量，均勻采樣第一3D模型的3D組件的分面。在第一3D模型中的每個采樣點與第二3D模型的表面之間，計算點面誤差。然后處理該點面誤差以生成第一和第二3D模型之間的誤差度量。為了加速計算，可以將第二3D模型劃分成多個單元，只將與第一3D模型中的特定采樣點最接近的單元用于計算點面誤差。當計算3D模型中的各個3D組件的誤差度量時，采用相同的均勻采樣和單元劃分。因此，整個3D模型的誤差基本上是對各個組件計算得到的誤差的加權平均。
【專利說明】估計多組件三維模型的誤差度量的方法和裝置
[0001] 相關申請
[0002] 本申請要求2012年4月19日提交的國際專利申請第PCT/CN2012/074370號的權 益，特此通過引用將其并入本文中。

【技術領域】
[0003] 本發(fā)明涉及估計3D模型的誤差度量的方法和裝置。

【背景技術】
[0004] 在實際應用中，許多3D模型由大量組件組成。如圖1所示，這些多組件3D模型通 常包含以各種變換形式的很多重復結構。
[0005] 在輸入模型中利用重復結構的多組件3D模型的壓縮算法是已知的。按各種位置、 取向和縮放因子探索3D模型的重復結構。然后將3D模型組織成"圖案-實例"表示。圖 案用于表示對應重復結構的代表性幾何形狀。屬于重復結構的組件被表示成對應圖案的實 例，并且可以通過圖案ID和關于圖案的變換信息，例如，反射、平移和可能縮放來表示?？?以將實例變換信息組織成，例如，反射部分、平移部分、旋轉部分和可能縮放部分?？赡艽嬖?被稱為獨特組件的、不重復的3D模型的一些組件。


【發(fā)明內容】

[0006] 本原理提供了一種用于確定第一 3D模型與第二3D模型之間的誤差度量的方法， 其包含以下步驟：存取第一和第二3D模型，其中該第一 3D模型包括第一 3D組件和至少另 一個3D組件；確定第一 3D模型中的第一 3D組件和至少另一個3D組件的分面（facet)中 的采樣點，其中該采樣點均勻分布在第一 3D模型中的第一 3D組件和至少另一個3D組件的 分面中；確定第一 3D模型中的第一 3D組件中的每個采樣點與第二3D模型中的第一 3D組 件的表面之間的點面誤差，第二3D模型中的第一 3D組件對應于第一 3D模型中的第一 3D 組件；以及如下所述，響應所確定的點面誤差確定第一 3D模型中的第一 3D組件與第二3D 模型中的第一 3D組件之間的誤差度量。本原理還提供了執(zhí)行這些步驟的裝置。
[0007] 本原理還提供了上面存儲有用于按照上述的方法確定第一 3D模型與第二3D模型 之間的誤差度量的指令的計算機可讀存儲介質。
[0008] 本原理還提供了一種用于確定第一 3D模型與第二3D模型之間的法向變化的方 法，其包含如下步驟：存取第一 3D模型和第二3D模型中的多個分面對，其中每個分面對對 應于第一 3D模型中的某個分面和第二3D模型中的某個對應分面；確定多個分面對的每一 個的分面法向矢量的內積；以及如下所述，響應該內積確定第一 3D模型與第二3D模型之間 的法向變化。本原理還提供了一種用于執(zhí)行這些步驟的裝置。
[0009] 本原理還提供了上面存儲有用于按照上述的方法確定第一 3D模型與第二3D模型 之間的法向變化的指令的計算機可讀存儲介質。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1示出了具有大量組件和重復結構的示例性3D模型；
[0011] 圖2示出了按照本原理的3D模型的示例性編碼器；
[0012] 圖3示出了按照本原理的3D模型的示例性解碼器；
[0013] 圖4A示出了分別包括如圖4B和4C所示的兩個3D組件的另一個示例性3D模型；
[0014] 圖5是依照本原理的實施例描繪用于估計兩個3D模型之間的誤差度量的示例的 流程圖；
[0015] 圖6A，6B和6C是依照本原理的實施例分別描繪圖4的蘋果組件的3D網格、多組件 3D模型和葉子組件的形象示例，圖6D和6E是描繪蘋果和葉子組件的一部分的形象示例，以 及圖6F是描繪三角形的采樣點和內部三角形的形象示例；
[0016] 圖7A是依照本原理的實施例描繪3D模型的單元劃分的形象示例，以及圖7B是描 繪包括在某個單元中的三角形和分面的形象示例；
[0017] 圖8是依照本原理的實施例描繪用于估計兩個3D模型的表面之間的法向變化的 示例的流程圖；以及
[0018] 圖9示出了按照本原理的示例性質量估計器。

【具體實施方式】
[0019] 如圖1所示，在3D模型中可能存在許多重復結構。為了高效地解碼3D模型，可以 將重復結構組織成圖案和實例，其中，例如，使用對應圖案的圖案ID和包含有關平移、旋轉 和縮放的信息的變換矩陣將實例表示成對應圖案的變換。
[0020] 當用圖案ID和變換矩陣表示實例時，在壓縮實例時要壓縮圖案ID和變換矩陣。因 此，可以通過圖案ID和解碼的變換矩陣重建實例，也就是說，可以將實例重建成通過圖案 ID索引的解碼圖案的變換（來自解碼的變換矩陣）。
[0021] 圖2描繪了示例性3D模型編碼器200的框圖。裝置200的輸入可以包括3D模型、 用于編碼3D模型的質量參數(shù)和其它元數(shù)據(jù)。3D模型首先經過重復結構探索模塊210,它以 圖案、實例和獨特組件的形式輸出3D模型。圖案編碼器220用于壓縮圖案，獨特組件編碼 器250用于編碼獨特組件。例如，根據(jù)用戶選擇的模式來編碼實例組件信息。如果選擇實 例信息分組模式，則使用分組實例信息編碼器240編碼實例信息；否則，使用基本實例信息 編碼器230編碼它。在重復結構檢驗器260中進一步檢驗編碼組件。如果編碼組件未滿足 其質量要求，則使用獨特組件編碼器250編碼它。在比特流組裝器270處組裝圖案、實例和 獨特組件的比特流。
[0022] 圖3描繪了示例性3D模型解碼器300的框圖。裝置300的輸入可以包括3D模型 的比特流，例如，編碼器200生成的比特流。壓縮比特流中與圖案有關的信息由圖案解碼器 320解碼。與獨特組件有關的信息由獨特組件解碼器350解碼。實例信息的解碼也取決于 用戶選擇的模式。如果選擇實例信息分組模式，則使用分組實例信息解碼器340解碼實例 信息；否則，使用基本實例信息解碼器330解碼它。在模型重建模塊360處使用解碼的圖 案、實例信息和獨特組件生成輸出的解碼3D模型。
[0023] 在3D模型編碼器200的重復結構檢驗器260中，比較原始實例組件與重建組件之 間的誤差。如果該誤差大于按質量要求設置的誤差，則將該實例編碼成獨特組件。在該申 請中，"距離"和"誤差"可以指兩個模型之間的失真，術語"距離"、"誤差"和"失真"可交換 使用。
[0024] 為了測量兩個3D模型，例如，原始3D模型與解壓3D模型之間的誤差，一些現(xiàn)有方 法采用了表面采樣方法來測量表面之間的誤差。也就是說，根據(jù)各個采樣點的點面距離計 算兩個3D模型的表面之間的誤差。在這些現(xiàn)有方法中，采樣密度取決于3D模型的邊界框 的尺寸。因此，當檢驗邊界框的尺寸可以變化的各個實例組件的質量時，采樣密度也隨各個 組件的變化而變化。
[0025] 表1示出了圖4A所示的示例性3D模型的通過在N.Aspert、D.Santa-Cruz和 T.Ebrahimi的《MESH:MeasuringerrorsbetweensurfacesusingtheHausdorff distance))(ProceedingsoftheIEEEInternationalConferenceinMultimediaand Expo(ICME)，第705-708頁，2002年）中描述的MESH估計的平均誤差。在這個示例中，分別 如圖4B和4C所示的蘋果和葉子被當作兩個單獨的3D組件，如圖4A所示的蘋果和葉子一 起被當作多組件的3D模型。在壓縮了 3D模型之后，測量原始3D模型和解壓縮的3D模型 的表面之間的誤差。
[0026] 兩個采樣點之間的距離可以根據(jù)采樣密度來確定，例如，采樣距離可以計算為采 樣密度與邊界框的對角長度的乘積。取決于采樣密度，測量得到的蘋果、葉子以及蘋果和葉 子的誤差變化很大。因此，如果組件具有不同的采樣密度，則誤差可能不相當，因此可能不 能正確地反映實際誤差。
[0027]表1

【權利要求】
1. 一種用于確定第一 3D模型與第二3D模型之間的誤差度量的方法，其包含以下步 驟： 存取第一和第二3D模型，其中該第一 3D模型包括第一 3D組件和至少另一個3D組件； 確定第一 3D模型中的第一 3D組件和至少另一個3D組件的分面中的采樣點，其中該采 樣點均勻分布在第一 3D模型中的第一 3D組件和至少另一個3D組件的分面中； 確定（550)第一 3D模型中的第一 3D組件中的每個采樣點與第二3D模型中的第一 3D 組件的表面之間的點面誤差，第二3D模型中的第一 3D組件對應于第一 3D模型中的第一 3D 組件；以及 響應所確定的點面誤差確定（560)第一 3D模型中的第一 3D組件與第二3D模型中的 第一 3D組件之間的誤差度量。
2. 如權利要求1所述的方法，進一步包含以下步驟： 確定（550)第一 3D模型中的至少另一個3D組件中的每個采樣點與第二3D模型中的 至少另一個3D組件的表面之間的第二點面誤差，第二3D模型中的至少另一個3D組件對應 于第一 3D模型中的至少另一個3D組件；以及 響應所確定的第二點面誤差確定（560)第一 3D模型中的至少另一個3D組件與第二3D 模型中的至少另一個3D組件之間的誤差度量。
3. 如權利要求2所述的方法，進一步包含以下步驟： 確定（550)第一 3D模型中的每個采樣點與第二3D模型的表面之間的第三點面誤差； 以及 響應所確定的第三點面誤差確定（560)第一 3D模型與第二3D模型之間的誤差度量， 其中第一 3D模型的誤差度量對應于第一 3D組件的誤差度量和至少另一個3D組件的誤差 度量的加權和。
4. 如權利要求1所述的方法，其中第一 3D模型中的第一 3D組件中的采樣點的數(shù)量基 本上與第一 3D模型中的第一 3D組件的分面的尺寸成比例。
5. 如權利要求1所述的方法，其中響應第一 3D模型中的邊緣的平均長度確定采樣點。
6. 如權利要求1所述的方法，進一步包含，對于第一 3D模型中的第一 3D組件中的特定 一個米樣點： 將第二3D模型劃分（540)成包括與第二3D模型中的第一 3D組件對應的一組單元的 多個單元； 從該組單元中確定與該特定一個采樣點最接近的單元； 確定該特定一個采樣點與最接近單元內的相應分面之間的相應距離；以及 將所確定的相應距離的最短距離確定（550)為該特定一個采樣點與第二3D模型中的 第一 3D組件的表面之間的點面誤差。
7. 如權利要求1所述的方法，進一步包含以下步驟： 在編碼器處進行至少一種率失真優(yōu)化，以及檢驗第二3D模型是否滿足質量要求。
8. -種用于確定第一 3D模型與第二3D模型之間的法向變化的方法，其包含以下步 驟： 存?。?10)第一 3D模型和第二3D模型中的多個分面對，其中每個分面對對應于第一 3D模型中的某個分面和第二3D模型當中的對應分面； 確定（820)多個分面對中的每一個的分面法向矢量的內積；以及 響應該內積確定（820)第一 3D模型與第二3D模型之間的法向變化。
9. 一種用于確定第一 3D模型與第二3D模型之間的誤差度量的裝置（900)，其包含： 處理器，用于存取第一和第二3D模型，其中該第一 3D模型包括第一 3D組件和至少另 一個3D組件； 采樣器（920)，用于確定第一 3D模型中的第一 3D組件和至少另一個3D組件的分面中 的采樣點，其中該采樣點均勻分布在第一 3D模型中的第一 3D組件和至少另一個3D組件的 分面中；以及 誤差度量估計器（940)，用于確定第一 3D模型中的第一 3D組件中的每個采樣點與第 二3D模型中的第一 3D組件的表面之間的點面誤差，第二3D模型中的第一 3D組件對應于 第一 3D模型中的第一 3D組件，以及用于響應所確定的點面誤差確定第一 3D模型中的第一 3D組件與第二3D模型中的第一 3D組件之間的誤差度量。
10. 如權利要求9所述的裝置，其中該誤差度量估計器進一步確定第一 3D模型中的至 少另一個3D組件中的每個采樣點與第二3D模型中的至少另一個3D組件的表面之間的第 二點面誤差，第二3D模型中的至少另一個3D組件對應于第一 3D模型中的至少另一個3D 組件，以及響應所確定的第二點面誤差確定第一 3D模型中的至少另一個3D組件與第二3D 模型中的至少另一個3D組件之間的誤差度量。
11. 如權利要求10所述的裝置，其中該誤差度量估計器進一步確定第一 3D模型中的 每個采樣點與第二3D模型的表面之間的第三點面誤差，以及響應所確定的第三點面誤差 確定第一 3D模型與第二3D模型之間的誤差度量，其中第一 3D模型的誤差度量對應于第一 3D組件的誤差度量和至少另一個3D組件的誤差度量的加權和。
12. 如權利要求9所述的裝置，其中第一 3D模型中的第一 3D組件中的采樣點的數(shù)量基 本上與第一 3D模型中的第一 3D組件的分面的尺寸成比例。
13. 如權利要求9所述的裝置，其中響應第一 3D模型中的邊緣的平均長度確定采樣點。
14. 如權利要求9所述的裝置，進一步包含單元劃分模塊（930)，用于將第二3D模型劃 分成包括與第二3D模型中的第一 3D組件相對應的一組單元的多個單元，從該組單元中確 定與第一 3D模型中的第一 3D組件中的特定一個采樣點最接近的單元，確定該特定一個采 樣點與最接近單元內的相應分面之間的相應距離，以及將所確定的相應距離的最短距離確 定為該特定一個采樣點與第二3D模型中的第一 3D組件的表面之間的點面誤差。
15. 如權利要求9所述的裝置，進一步包括編碼器（200)，用于進行至少一種率失真優(yōu) 化，以及檢驗第二3D模型是否滿足質量要求。
16. -種用于確定第一 3D模型與第二3D模型之間的法向變化的裝置（900)，其包含： 處理器，用于存取第一 3D模型和第二3D模型中的多個分面對，其中每個分面對對應于 第一 3D模型中的某個分面和第二3D模型中的對應分面；以及 法向變化估計器（910)，用于確定多個分面對的每一個的分面法向矢量的內積，以及響 應該內積確定第一 3D模型與第二3D模型之間的法向變化。
17. -種上面存儲有用于按照權利要求1-7確定第一 3D模型與第二3D模型之間的誤 差度量的指令的計算機可讀存儲介質。
18. -種上面存儲有用于按照權利要求8確定第一 3D模型與第二3D模型之間的法向 變化的指令的計算機可讀存儲介質。
【文檔編號】G06T17/00GK104246830SQ201280072532
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2012年12月29日 優(yōu)先權日:2012年4月19日
【發(fā)明者】羅濤, 江文斐, 蔡康穎 申請人:湯姆遜許可公司