三維模型檢索系統的製作方法

2023-04-28 10:04:41

專利名稱：三維模型檢索系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢索系統，特別是涉及一種對三維模型進行檢 索的系統。
背景技術：
析與匹配技術也即將會推動其他相關 應用領域的發展。
而對於三維模型的檢索，由於三維模型掃描設備使物體模型的獲
取變得可行和更加容易；眾多三維建模軟體和工具使三維模型的設計 變得簡便；以及三維模型的復用亦使得設計(CAD)思路發生變化，即 從如何構造三維模型到如何尋找獲取模型，以及從現有模型如何構造 出新模型；從而也使得三維模型的檢索越來越來受到科學研究與工程 技術人員的重視。
面對上述好處，即而對三維模型的應用需求也在迅速增長，與此 同時，也產生一個問題，即，在面對如此龐大的三維模型資料庫時， 如何在其中迅速查找到所需的模型。
因此，三維模型檢索亦也成為繼圖像、視頻檢索之後的又一個熱 門課題。

發明內容
因此，本發明提出了一種可實現對包括通用模型在內的所有三維 模型進行檢索的系統，且通過該系統用戶可很方便的對三維模型的特 徵進行提取，對三維模型進行查詢、搜索，以及對所提交的三維模型 進行識別，同時，亦提供對三維模型進行入庫的功能。
本發明所述三維模型檢索系統包括至少一客戶端，且在該客戶端 中亦包括有一用以提供用戶對三維模型進行交互式檢索和顯示的用
戶界面；以及一應用伺服器端，其與上述客戶端相連，且根據用戶提 交的查詢關鍵字對三維模型特徵的進行提取並計算出特徵描述符，並 將根據該特徵描述符生成的與之對應的特徵數據存放入資料庫中，以 及顯示三維模型的檢索結果之應用伺服器。
其中，所述應用伺服器進一步包括一資料庫、一相似性度量模塊、 一檢索模塊以及一入庫模塊，其中，所述資料庫為包括一模型庫，且 在該模型庫中存儲有各種三維模型以及與三維模型相關的附加屬性； 另，其進一步還包括一特徵庫，且該特徵庫用以存儲對應不同三維模 型且對照該三維模型採用不同檢索算法而入庫的特徵數據；所述相似 性度量模塊用以對三維模型的特徵進行提取，並且對該査詢三維模型 和目標三維模型的相似度進行計算；所述檢索模塊則為通過調用上述 相似性度量模塊並且根據用戶所輸入的查詢關鍵字對三維模型進行 檢索和結果顯示；所述入庫模塊為通過調用上述相似性度量模塊對三 維模型進行相關入庫及生成索引等操作，並將利用上述相似性度量模
塊對所入庫之三維模型而提取的特徵向量存入上述資料庫中，以及根 據入庫的分類文件產生特徵距離矩陣數據並將該數據存入資料庫中。 通過本發明所述三維模型檢索系統，用戶既可實現對所提交的關 鍵字或者對資料庫庫內的模型進行檢索查詢，又可對三維模型執行入 庫的動作，且本系統亦集成了多種檢索算法，提供了多種檢索結果的 顯示形式，並且該系統所提供察看方式既直觀又方便，有助於用戶及 時準確的查詢到三維模型，以及該系統操作方便、擴展性強，亦為後 續的研究工作提供了極大的便捷性。


圖1為本發明所述三維模型檢索系統的系統架構圖2為本發明所述三維模型檢索系統的系統流程圖3為檢索模塊的對三維模型進行檢索的方法流程圖4為入庫模塊的三維模型入庫流程圖5為本發明所述三維模型檢索系統的一實施例的功能模塊圖。
具體實施例方式
下面結合附圖以及實施例來對本發明所述三維模型檢索系統作 進一步的詳細說明。
參照圖1中所示，本發明所述三維模型檢索系統包括至少一客戶 端20以及一應用伺服器端30，其中，所述客戶端20可為一計算機， 又，其也亦可與所述應用伺服器端30位於一計算機中，且在該所述客戶端20計算機中包括有用以提供用戶對三維模型進行交互式檢索 和顯示的用戶界面201，即，用戶通過該界面可以進行三維模型的交 互搜索或者顯示等相關操作；所述應用伺服器端30與上述客戶端20 相連，且其根據用戶提交的查詢關鍵字對三維模型特徵的提取並計算 得出特徵描述符，並將根據該特徵描述符生成的特徵數據存放入數據 庫300中，以及顯示三維模型的檢索結果。
再結合圖5中所示，所述應用伺服器端30中包含一資料庫300、 一相似性度量模塊302、 一檢索模塊301以及一入庫模塊303。
其中，所述資料庫300為用以存放各種三維模型、對應於三維模 型的特徵數據、特徵距離矩陣數據以及與三維模型相關的附加屬性， 且其包括一模型庫3002和一特徵庫3001 ，在該所述模型庫3002中， 存儲有各種三維模型以及與三維模型相關的附加屬性，且該上述存儲 各種三維模型可用以在後續的檢索或者入庫中進行檢索和算法測試； 在所述特徵庫中，存儲有對應不同三維模型且對照每三維模型採用不 同檢索算法入庫的特徵數據以及根據入庫模塊生成的且與模型庫和 分類文件對應的特徵距離矩陣數據。
上述特徵數據為檢索算法對指定的入庫的三維模型進行特徵提 取和計算後的數據，且不同的檢索算法對應不同的特徵數據，而不同 的檢索算法其計算後的特徵描述符也亦不同，即該不同的特徵描述符 所對應的特徵數據格式也會有所區別。
另，上述三維模型所謂之相關三維模型的附加屬性，在具體實施 中可以表現為該三維模型的縮略圖。
所述相似性度量模塊302為在用戶輸入査詢關鍵字後用以對查 詢三維模型和目標三維模型的相似度進行計算，參照圖3中所示之有 關査詢檢索流程圖，即，當用戶提交查詢關鍵字後，即通過該相似性 度量模塊302對所査詢之三維模型的特徵進行提取，然後將其與自特 徵庫3001中調取的特徵描述符進行距離計算並得到相似度排序結 果，也即將所述的査詢三維模型與目標三維模型的相似度進行計算。
又，該相似性度量模塊302為集成了多種模型相似性度量方法， 如基於體素化與球面調和表示的方法(VOX、 VOXSH)等。
此外，該所述相似性度量模塊302亦還包含有一預處理單元 3023、 一距離計算單元3022以及一特徵提取單元3021，且所述預處 理單元3023為用以對三維模型進行預處理，即其可在所査詢之三維 模型在空間中具有各種各樣的位姿時，用以將該所述位姿調整到統一 的坐標系中，以便對該三維模型進行標準化處理，方便對該三維模型 的特徵描述符進行計算；或者在三維模型文件不處於同一數據結構 時，將該所述三維模型文件存放於統一的數據結構中等等。而所述距 離計算單元3022為用以計算查詢三維模型與目標三維模型的相似 度，即，在査詢三維模型和目標三維模型的特徵描述符之間進行距離 計算從而得出模型之間的距離，且該距離計算單元3022中包含有多 種距離算法，比如歐式距離算法、曼哈頓距離算法，Hausdorff距 離算法等算法。所述特徵提取單元3021則用以根據用戶所提交的查 詢關鍵字對查詢模型的特徵進行提取並計算出特徵描述符。
所述檢索模塊301包括一査詢單元3011和一顯示單元3012，且其通過調用上述相似性度量模塊302對用戶所提交的查詢關鍵字對 三維模型進行檢索以及將檢索結果顯示給用戶。其中，用戶通過所述 查詢單元3011向上述顯示單元3012提交查詢關鍵字，且該其中所述 之關鍵字可為文本關鍵字、二維或者三維草圖關鍵字、三維模型關鍵 字等；所述顯示單元3012則通過調用所述相似性度量模塊302對該 用戶通過查詢單元3011提交的查詢關鍵字進行特徵提取並計算得出 特徵描述符以及模型之間距離計算，並且將計算的距離進行排序，以 及將該檢索到的三維模型一一的透過用戶界面201直觀的顯示給用 戶。
另外，上述顯示單元3012支持用戶採用多種方式對查詢到的三 維模型進行察看和查閱，即，通過三維立體的方式；以及通過滑鼠拖 拽的方式平移或者旋轉該査詢到的三維模型至合適的位置或者觀察 角度的方式；或者採用將檢索到的三維模型以縮略圖的形式加以顯 示。因此，用戶通過本發明所述的系統可根據自己的要求選擇其想選 用的方式去察看模型，既方便又具有實用性。
參閱圖2和圖5中所示，而所述入庫模塊303則是通過調用上述 相似性度量模塊302對三維模型進行相關入庫及生成索引等操作，並 將該提取的特徵向量存入上述特徵庫3001中，另，且該入庫模塊303 在執行模型入庫動作時，上述應用伺服器30可處於離線狀況下，即 其與網絡斷開；又，亦或通過權限加以限制，即只有本系統管理員對 模型執行入庫動作的操作。
結合圖4中所示之關於三維模型入庫的流程圖，即，所述入庫模塊303調用上述相似性度量模塊302對模型庫3002中用戶選定或者 其中所有的三維模型進行特徵提取，然後，根據該提取的特徵計算出 特徵描述符，進而按照不同的檢索方法生成不同的特徵數據，並且將 該特徵數據存入資料庫300的特徵庫3001中；亦或，對於批量入庫 的分類文件，則亦可通過調用相似性度量模塊302進行特徵提取並對 該所述特徵間進行距離計算，並生成與模型庫和上述分類文件對應的 特徵距離矩陣數據，最後且再將該生成的特徵距離矩陣數據存入特徵 庫3001中。
再參閱圖5中所示,所述入庫模塊303包括一入庫接口單元3031 、 一索引單元3032以及一測試單元3033，其中，所述入庫接口單元3031 可向用戶提供兩種不同的模型入庫方式的入庫接口，第一種為選擇一 個或者多個模型入庫方式的入庫接口，該種接口下，上述索引單元 3032且根據用戶提交的模型通過調用所述相似性度量模塊302生成 特徵數據並將該生成的特徵數據存儲入特徵庫3001中；第二種為選 擇分類文件批量入庫方式的入庫接口 ，且該第二種入庫接口亦還包括 一生成特徵距離矩陣數據的入庫接口，該種接口下，上述索引單元 3032可根據用戶提交的分類文件並通過調用所述相似性度量模塊 302生成與之對應的模型特徵距離矩陣數據以及將該生成的特徵距離 矩陣數據存儲入特徵庫3001中。
此外，用戶通過所述測試單元3033可對模型檢索進行驗證以及 測試，即其可根據用戶提交的分類文件以及自特徵庫3001中取出的 特徵距離矩陣數據計算出相應且分別依據模型、類別或者全部的數
據，且用戶通過該數據可了解到該模型的相關信息，從而實現對該模 型檢索的驗證和測試。其中，上述數據可包括查準-査全率檢索性能 測試數據、分類性能測試數據等，並且該所述數據可存放入特徵庫
3001中，在具體應用中，可通過提示信息對該上述數據的保存路徑 進行說明。
綜合上述，且參照圖2中所示，本發明所述的三維模型檢索系 統可提供用戶對三維模型進行檢索以及對三維模型進行入庫等功能， 即，其一，該系統可根據用戶提交的查詢關鍵字進行特徵提取並計算 得出特徵描述符(步驟503和步驟504)，以及根據該特徵描述符生 成對應的特徵數據(步驟505)，然後將該特徵描述符與特徵庫3001 中的特徵描述符進行距離計算並得出相似度排序結果，最後將該檢索 後的結果直觀的顯示給用戶(步驟506、步驟507和步驟508)，從而 實現對三維模型的檢索；其二，該系統提供用戶進行模型入庫的功能， 即用戶可以對模型庫3002中的三維模型進行特徵提取並計算得出特 徵描述符(步驟3002、步驟502和步驟503)，然後，將該特徵描述 符存入特徵庫3001中進而實現上述模型入庫的動作(步驟3001)。
又，通過本發明所述之三維模型查詢系統也亦可實現對三維模 型進行的資料庫庫內的搜索以及對所提交的三維模型進行識別和分 類。
由此，對於三維模型檢索而言，在具體實施中，用戶通過位於 客戶端20計算機登錄且至本發明所述的系統用戶界面，並可根據自 己的需求輸入需要查詢的三維模型之查詢關鍵字來對三維模型進行查詢。
結合圖l、圖3和圖5中所示，所述客戶端20為透過網絡相連 接於應用伺服器端30,則用戶通過位於客戶端20計算機中之用戶界 面201向應用伺服器端30提交查詢的三維模型(步驟601)，並同時 選擇檢索算法，然後該系統通過圖1中所示之相似性度量模塊302對 該査詢的三維模型之特徵進行提取並計算出該三維模型的特徵描述 符，隨後系統再根據計算的特徵描述符與特徵庫3001中的特徵描述 符進行距離計算(步驟602和步驟603)，從而得出査詢模型和目標 模型相似度的排序結果，最後在用戶界面中將該檢索的結果顯示(步 驟604)，且該檢索的結果可按照相似度由高到低的順序依次排列， 從而也亦方便用戶更快捷的査找到相似度高的模型。
屆時，用戶通過用戶界面201便可察看到檢索出的模型，又， 本系統在具體實施過程中也亦可採用不同顏色的邊框來標識同類或 者其他類模型，比如，採用綠色邊框圖顯示檢索出的同類三維模型之 縮略圖，或者採用藍色邊框圖來顯示檢索出的其他類模型的縮略圖。
另外，用戶可以通過選擇不同的檢索算法在資料庫300內進行 庫內檢索，即，當用戶需要在現有的資料庫300內進行庫內檢索時， 則首先，選擇好檢索算法，然後本申請中所述系統根據選擇好的檢索 算法自資料庫300內將相關或者相符的模型調出並顯示於用戶界面 201上。
而對於三維模型入庫而言，首先，用戶先選擇好入庫接口，即 "一個或多個模型入庫"，或"分類文件批量入庫"，結合圖1、圖4和圖5中所示，如果用戶選擇以"一個或多個模型入庫"時，貝U用戶 通過客戶端計算機且透過用戶界面選擇一個或者多個三維模型文件； 然後再選擇一個或多個檢索算法，參照圖4中所標識①的方向，此時， 本申請中所述之系統通過所述相似性度量模塊302對模型的特徵進 行計算，以及根據該特徵計算出的特徵描述符生成與之對應的特徵數 據存入特徵庫中(步驟702)，進而完成模型的入庫動作。
如果用戶選擇"分類文件批量入庫"時，即，根據分類文件一 次性對模型庫中相應的所有模型進行批量入庫，參照圖4中標識②的 方向，首先，透過網絡或者自系統中模型庫選擇一個分類文件，然後 再選擇一個或多個相似性度量方法，最後再設定參數執行模型入庫， 且該模型入庫包括部分更新特徵庫(適合於檢索算法沒有改變)或者 全部更新特徵庫(適合於檢索算法改變或者參數改變)，g卩，本系統通 過所述相似性度量模塊302對批量入庫的分類文件中所包含的模型 進行部分或全部的特徵提取(步驟702)，且根據該特徵計算出的特 徵描述符計算該特徵描述符之間的距離並生成相應地特徵距離矩陣 數據，將該所述特徵距離矩陣數據存放入特徵庫3001中(步驟703 和步驟704)，從而實現模型的入庫動作。
權利要求
1.一種三維模型檢索系統，其特徵在於，該系統包括至少一客戶端，其包括有用戶界面，且該用戶界面為用以向系統提交查詢關鍵字以及上傳三維模型，並提供用戶對三維模型進行交互式檢索和結果的顯示；以及一應用伺服器端，其與上述客戶端相連，且在該應用伺服器端包括有一資料庫，其包括一模型庫和一特徵庫，且在該模型庫存放有各種三維模型，特徵庫中存放有對應於三維模型的特徵數據；一相似性度量模塊，其與上述資料庫相連，且用以對三維模型的相似度進行計算以及對三維模型的特徵進行提取並計算；一檢索模塊，其分別與上述相似性度量模塊和資料庫相連接，且該檢索模塊包括一查詢單元和一顯示單元，其中，該查詢單元為向顯示單元提交查詢關鍵字，而顯示單元則為用以調用上述相似性度量模塊根據用戶所輸入的查詢關鍵字對三維模型進行檢索，以及將檢索結果予以顯示；以及一入庫模塊，其分別與上述相似性度量模塊以及資料庫相連接，且該入庫模塊包括一入庫接口單元和一索引單元，且該索引單元為通過調用相似性度量模塊對入庫接口單元提交的一個或者多個三維模型的特徵進行提取並計算得出特徵描述符，並將該特徵描述符所對應的特徵數據存放入特徵庫中。
2. 如權利要求1所述的三維模型檢索系統，其特徵在於，所述入庫模塊進一步包括一測試單元，該單元亦與入庫接口單元和特徵庫連 接，且用以對三維模型檢索進行測試及驗證。
3. 如權利要求1所述的三維模型檢索系統，其特徵在於，所述特 徵庫還存放有由索引單元生成的與模型庫和分類文件對應的特徵距 離矩陣數據。
4. 如權利要求1所述的三維模型檢索系統，其特徵在於，所述模 型庫中還存放有三維模型的相關附加屬性。
5. 如權利要求1所述的三維模型檢索系統，其特徵在於，所述相 似性度量模塊包括特徵提取單元和距離計算單元，且該特徵提取單元 為對三維模型的特徵進行提取並計算得出特徵描述符，而距離計算單 元則根據該特徵描述符進行模型特徵間的距離計算。
6. 如權利要求1所述的三維模型檢索系統，其特徵在於，所述相 似性度量模塊還包括一預處理單元，其與特徵提取單元相連，且該預 處理單元為用以對三維模型進行預處理。
7. 如權利要求1所述的三維模型檢索系統，其特徵在於，所述索 引單元調用相似性度量模塊對入庫接口單元提交的分類文件的特徵 進行提取並計算出特徵描述符，並生成特徵距離矩陣數據。
8. 如權利要求1所述的三維模型檢索系統，其特徵在於，所述入 庫接口單元包括一選擇一個或多個模型入庫方式的入庫接口 。
9. 如權利要求1所述的三維模型檢索系統，其特徵在於，所述入 庫接口單元還包括一選擇分類文件批量入庫方式的入庫接口 。
10. 如權利要求9所述的三維模型檢索系統，其特徵在於，所述選擇分類文件批量入庫方式的入庫接口還包括一生成特徵距離矩陣 數據的入庫接口。
全文摘要
本發明涉及一種三維模型檢索系統，其包括客戶端及與該客戶端連接的應用伺服器端，其中，客戶端中含有用戶界面，且該界面用以向系統提交查詢關鍵字和上傳三維模型，及提供用戶對三維模型進行交互式檢索和結果顯示；應用伺服器端包括資料庫，其存儲各種三維模型及特徵數據；相似性度量模塊，其對三維模型的相似度進行計算；檢索模塊，其調用相似性度量模塊且根據用戶所輸入的查詢關鍵字對三維模型進行檢索及顯示檢索結果。通過該所述三維模型檢索系統既可實現對三維模型檢索又可實現對三維模型進行入庫的動作，並且該檢索和顯示方式直觀又方便，有助於用戶及時準確的檢索和察看三維模型，且其操作方便、擴展性強，並給研究工作提供了極大的便捷性。
文檔編號G06F17/30GK101196930SQ20081000015
公開日2008年6月11日 申請日期2008年1月4日 優先權日2008年1月4日
發明者宇 劉, 曹玉輝, 王衛紅, 衡星辰, 徵 覃, 驥 賈, 陳俊英 申請人:覃 徵;賈 驥