CN101196930A - 三维模型检索系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维模型检索系统，其包括客户端及与该客户端连接的应用服务器端，其中，客户端中含有用户界面，且该界面用以向系统提交查询关键字和上传三维模型，及提供用户对三维模型进行交互式检索和结果显示；应用服务器端包括数据库，其存储各种三维模型及特征数据；相似性度量模块，其对三维模型的相似度进行计算；检索模块，其调用相似性度量模块且根据用户所输入的查询关键字对三维模型进行检索及显示检索结果。通过该所述三维模型检索系统既可实现对三维模型检索又可实现对三维模型进行入库的动作，并且该检索和显示方式直观又方便，有助于用户及时准确的检索和察看三维模型，且其操作方便、扩展性强，并给研究工作提供了极大的便捷性。

Description

三维模型检索系统

技术领域

本发明涉及一种检索系统，特别是涉及一种对三维模型进行检索的系统。

背景技术

近年来，随着三维造型工具与扫描设备的日益普及，互联网以及图形芯片的飞速发展，三维模型数据库亦会在不久的将来渗透到人们生活的方方面面，三维形状的分析与匹配技术也即将会推动其他相关应用领域的发展。

而对于三维模型的检索，由于三维模型扫描设备使物体模型的获取变得可行和更加容易；众多三维建模软件和工具使三维模型的设计变得简便；以及三维模型的复用亦使得设计(CAD)思路发生变化，即从如何构造三维模型到如何寻找获取模型，以及从现有模型如何构造出新模型；从而也使得三维模型的检索越来越来受到科学研究与工程技术人员的重视。

面对上述好处，即而对三维模型的应用需求也在迅速增长，与此同时，也产生一个问题，即，在面对如此庞大的三维模型数据库时，如何在其中迅速查找到所需的模型。

因此，三维模型检索亦也成为继图像、视频检索之后的又一个热门课题。

发明内容

因此，本发明提出了一种可实现对包括通用模型在内的所有三维模型进行检索的系统，且通过该系统用户可很方便的对三维模型的特征进行提取，对三维模型进行查询、搜索，以及对所提交的三维模型进行识别，同时，亦提供对三维模型进行入库的功能。

本发明所述三维模型检索系统包括至少一客户端，且在该客户端中亦包括有一用以提供用户对三维模型进行交互式检索和显示的用户界面；以及一应用服务器端，其与上述客户端相连，且根据用户提交的查询关键字对三维模型特征的进行提取并计算出特征描述符，并将根据该特征描述符生成的与之对应的特征数据存放入数据库中，以及显示三维模型的检索结果之应用服务器。

其中，所述应用服务器进一步包括一数据库、一相似性度量模块、一检索模块以及一入库模块，其中，所述数据库为包括一模型库，且在该模型库中存储有各种三维模型以及与三维模型相关的附加属性；另，其进一步还包括一特征库，且该特征库用以存储对应不同三维模型且对照该三维模型采用不同检索算法而入库的特征数据；所述相似性度量模块用以对三维模型的特征进行提取，并且对该查询三维模型和目标三维模型的相似度进行计算；所述检索模块则为通过调用上述相似性度量模块并且根据用户所输入的查询关键字对三维模型进行检索和结果显示；所述入库模块为通过调用上述相似性度量模块对三维模型进行相关入库及生成索引等操作，并将利用上述相似性度量模块对所入库之三维模型而提取的特征向量存入上述数据库中，以及根据入库的分类文件产生特征距离矩阵数据并将该数据存入数据库中。

通过本发明所述三维模型检索系统，用户既可实现对所提交的关键字或者对数据库库内的模型进行检索查询，又可对三维模型执行入库的动作，且本系统亦集成了多种检索算法，提供了多种检索结果的显示形式，并且该系统所提供察看方式既直观又方便，有助于用户及时准确的查询到三维模型，以及该系统操作方便、扩展性强，亦为后续的研究工作提供了极大的便捷性。

附图说明

图1为本发明所述三维模型检索系统的系统架构图；

图2为本发明所述三维模型检索系统的系统流程图；

图3为检索模块的对三维模型进行检索的方法流程图；

图4为入库模块的三维模型入库流程图；

图5为本发明所述三维模型检索系统的一实施例的功能模块图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例来对本发明所述三维模型检索系统作进一步的详细说明。

参照图1中所示，本发明所述三维模型检索系统包括至少一客户端20以及一应用服务器端30，其中，所述客户端20可为一计算机，又，其也亦可与所述应用服务器端30位于一计算机中，且在该所述客户端20计算机中包括有用以提供用户对三维模型进行交互式检索和显示的用户界面201，即，用户通过该界面可以进行三维模型的交互搜索或者显示等相关操作；所述应用服务器端30与上述客户端20相连，且其根据用户提交的查询关键字对三维模型特征的提取并计算得出特征描述符，并将根据该特征描述符生成的特征数据存放入数据库300中，以及显示三维模型的检索结果。

再结合图5中所示，所述应用服务器端30中包含一数据库300、一相似性度量模块302、一检索模块301以及一入库模块303。

其中，所述数据库300为用以存放各种三维模型、对应于三维模型的特征数据、特征距离矩阵数据以及与三维模型相关的附加属性，且其包括一模型库3002和一特征库3001，在该所述模型库3002中，存储有各种三维模型以及与三维模型相关的附加属性，且该上述存储各种三维模型可用以在后续的检索或者入库中进行检索和算法测试；在所述特征库中，存储有对应不同三维模型且对照每三维模型采用不同检索算法入库的特征数据以及根据入库模块生成的且与模型库和分类文件对应的特征距离矩阵数据。

上述特征数据为检索算法对指定的入库的三维模型进行特征提取和计算后的数据，且不同的检索算法对应不同的特征数据，而不同的检索算法其计算后的特征描述符也亦不同，即该不同的特征描述符所对应的特征数据格式也会有所区别。

另，上述三维模型所谓之相关三维模型的附加属性，在具体实施中可以表现为该三维模型的缩略图。

所述相似性度量模块302为在用户输入查询关键字后用以对查询三维模型和目标三维模型的相似度进行计算，参照图3中所示之有关查询检索流程图，即，当用户提交查询关键字后，即通过该相似性度量模块302对所查询之三维模型的特征进行提取，然后将其与自特征库3001中调取的特征描述符进行距离计算并得到相似度排序结果，也即将所述的查询三维模型与目标三维模型的相似度进行计算。

又，该相似性度量模块302为集成了多种模型相似性度量方法，如：基于体素化与球面调和表示的方法(VOX、VOXSH)等。

此外，该所述相似性度量模块302亦还包含有一预处理单元3023、一距离计算单元3022以及一特征提取单元3021，且所述预处理单元3023为用以对三维模型进行预处理，即其可在所查询之三维模型在空间中具有各种各样的位姿时，用以将该所述位姿调整到统一的坐标系中，以便对该三维模型进行标准化处理，方便对该三维模型的特征描述符进行计算；或者在三维模型文件不处于同一数据结构时，将该所述三维模型文件存放于统一的数据结构中等等。而所述距离计算单元3022为用以计算查询三维模型与目标三维模型的相似度，即，在查询三维模型和目标三维模型的特征描述符之间进行距离计算从而得出模型之间的距离，且该距离计算单元3022中包含有多种距离算法，比如：欧式距离算法、曼哈顿距离算法，Hausdorff距离算法等算法。所述特征提取单元3021则用以根据用户所提交的查询关键字对查询模型的特征进行提取并计算出特征描述符。

所述检索模块301包括一查询单元3011和一显示单元3012，且其通过调用上述相似性度量模块302对用户所提交的查询关键字对三维模型进行检索以及将检索结果显示给用户。其中，用户通过所述查询单元3011向上述显示单元3012提交查询关键字，且该其中所述之关键字可为文本关键字、二维或者三维草图关键字、三维模型关键字等；所述显示单元3012则通过调用所述相似性度量模块302对该用户通过查询单元3011提交的查询关键字进行特征提取并计算得出特征描述符以及模型之间距离计算，并且将计算的距离进行排序，以及将该检索到的三维模型一一的透过用户界面201直观的显示给用户。

另外，上述显示单元3012支持用户采用多种方式对查询到的三维模型进行察看和查阅，即，通过三维立体的方式；以及通过鼠标拖拽的方式平移或者旋转该查询到的三维模型至合适的位置或者观察角度的方式；或者采用将检索到的三维模型以缩略图的形式加以显示。因此，用户通过本发明所述的系统可根据自己的要求选择其想选用的方式去察看模型，既方便又具有实用性。

参阅图2和图5中所示，而所述入库模块303则是通过调用上述相似性度量模块302对三维模型进行相关入库及生成索引等操作，并将该提取的特征向量存入上述特征库3001中，另，且该入库模块303在执行模型入库动作时，上述应用服务器30可处于离线状况下，即其与网络断开；又，亦或通过权限加以限制，即只有本系统管理员对模型执行入库动作的操作。

结合图4中所示之关于三维模型入库的流程图，即，所述入库模块303调用上述相似性度量模块302对模型库3002中用户选定或者其中所有的三维模型进行特征提取，然后，根据该提取的特征计算出特征描述符，进而按照不同的检索方法生成不同的特征数据，并且将该特征数据存入数据库300的特征库3001中；亦或，对于批量入库的分类文件，则亦可通过调用相似性度量模块302进行特征提取并对该所述特征间进行距离计算，并生成与模型库和上述分类文件对应的特征距离矩阵数据，最后且再将该生成的特征距离矩阵数据存入特征库3001中。

再参阅图5中所示，所述入库模块303包括一入库接口单元3031、一索引单元3032以及一测试单元3033，其中，所述入库接口单元3031可向用户提供两种不同的模型入库方式的入库接口，第一种为选择一个或者多个模型入库方式的入库接口，该种接口下，上述索引单元3032且根据用户提交的模型通过调用所述相似性度量模块302生成特征数据并将该生成的特征数据存储入特征库3001中；第二种为选择分类文件批量入库方式的入库接口，且该第二种入库接口亦还包括一生成特征距离矩阵数据的入库接口，该种接口下，上述索引单元3032可根据用户提交的分类文件并通过调用所述相似性度量模块302生成与之对应的模型特征距离矩阵数据以及将该生成的特征距离矩阵数据存储入特征库3001中。

此外，用户通过所述测试单元3033可对模型检索进行验证以及测试，即其可根据用户提交的分类文件以及自特征库3001中取出的特征距离矩阵数据计算出相应且分别依据模型、类别或者全部的数据，且用户通过该数据可了解到该模型的相关信息，从而实现对该模型检索的验证和测试。其中，上述数据可包括查准-查全率检索性能测试数据、分类性能测试数据等，并且该所述数据可存放入特征库3001中，在具体应用中，可通过提示信息对该上述数据的保存路径进行说明。

综合上述，且参照图2中所示，本发明所述的三维模型检索系统可提供用户对三维模型进行检索以及对三维模型进行入库等功能，即，其一，该系统可根据用户提交的查询关键字进行特征提取并计算得出特征描述符(步骤503和步骤504)，以及根据该特征描述符生成对应的特征数据(步骤505)，然后将该特征描述符与特征库3001中的特征描述符进行距离计算并得出相似度排序结果，最后将该检索后的结果直观的显示给用户(步骤506、步骤507和步骤508)，从而实现对三维模型的检索；其二，该系统提供用户进行模型入库的功能，即用户可以对模型库3002中的三维模型进行特征提取并计算得出特征描述符(步骤3002、步骤502和步骤503)，然后，将该特征描述符存入特征库3001中进而实现上述模型入库的动作(步骤3001)。

又，通过本发明所述之三维模型查询系统也亦可实现对三维模型进行的数据库库内的搜索以及对所提交的三维模型进行识别和分类。

由此，对于三维模型检索而言，在具体实施中，用户通过位于客户端20计算机登录且至本发明所述的系统用户界面，并可根据自己的需求输入需要查询的三维模型之查询关键字来对三维模型进行查询。

结合图1、图3和图5中所示，所述客户端20为透过网络相连接于应用服务器端30，则用户通过位于客户端20计算机中之用户界面201向应用服务器端30提交查询的三维模型(步骤601)，并同时选择检索算法，然后该系统通过图1中所示之相似性度量模块302对该查询的三维模型之特征进行提取并计算出该三维模型的特征描述符，随后系统再根据计算的特征描述符与特征库3001中的特征描述符进行距离计算(步骤602和步骤603)，从而得出查询模型和目标模型相似度的排序结果，最后在用户界面中将该检索的结果显示(步骤604)，且该检索的结果可按照相似度由高到低的顺序依次排列，从而也亦方便用户更快捷的查找到相似度高的模型。

届时，用户通过用户界面201便可察看到检索出的模型，又，本系统在具体实施过程中也亦可采用不同颜色的边框来标识同类或者其他类模型，比如，采用绿色边框图显示检索出的同类三维模型之缩略图，或者采用蓝色边框图来显示检索出的其他类模型的缩略图。

另外，用户可以通过选择不同的检索算法在数据库300内进行库内检索，即，当用户需要在现有的数据库300内进行库内检索时，则首先，选择好检索算法，然后本申请中所述系统根据选择好的检索算法自数据库300内将相关或者相符的模型调出并显示于用户界面201上。

而对于三维模型入库而言，首先，用户先选择好入库接口，即“一个或多个模型入库”，或“分类文件批量入库”，结合图1、图4和图5中所示，如果用户选择以“一个或多个模型入库”时，则用户通过客户端计算机且透过用户界面选择一个或者多个三维模型文件；然后再选择一个或多个检索算法，参照图4中所标识①的方向，此时，本申请中所述之系统通过所述相似性度量模块302对模型的特征进行计算，以及根据该特征计算出的特征描述符生成与之对应的特征数据存入特征库中(步骤702)，进而完成模型的入库动作。

如果用户选择“分类文件批量入库”时，即，根据分类文件一次性对模型库中相应的所有模型进行批量入库，参照图4中标识②的方向，首先，透过网络或者自系统中模型库选择一个分类文件，然后再选择一个或多个相似性度量方法，最后再设定参数执行模型入库，且该模型入库包括部分更新特征库(适合于检索算法没有改变)或者全部更新特征库(适合于检索算法改变或者参数改变)，即，本系统通过所述相似性度量模块302对批量入库的分类文件中所包含的模型进行部分或全部的特征提取(步骤702)，且根据该特征计算出的特征描述符计算该特征描述符之间的距离并生成相应地特征距离矩阵数据，将该所述特征距离矩阵数据存放入特征库3001中(步骤703和步骤704)，从而实现模型的入库动作。

Claims (10)

1.一种三维模型检索系统，其特征在于，该系统包括：

至少一客户端，其包括有用户界面，且该用户界面为用以向系统提交查询关键字以及上传三维模型，并提供用户对三维模型进行交互式检索和结果的显示；以及

一应用服务器端，其与上述客户端相连，且在该应用服务器端包括有：

一数据库，其包括一模型库和一特征库，且在该模型库存放有各种三维模型，特征库中存放有对应于三维模型的特征数据；

一相似性度量模块，其与上述数据库相连，且用以对三维模型的相似度进行计算以及对三维模型的特征进行提取并计算；

一检索模块，其分别与上述相似性度量模块和数据库相连接，且该检索模块包括一查询单元和一显示单元，其中，该查询单元为向显示单元提交查询关键字，而显示单元则为用以调用上述相似性度量模块根据用户所输入的查询关键字对三维模型进行检索，以及将检索结果予以显示；以及

一入库模块，其分别与上述相似性度量模块以及数据库相连接，且该入库模块包括一入库接口单元和一索引单元，且该索引单元为通过调用相似性度量模块对入库接口单元提交的一个或者多个三维模型的特征进行提取并计算得出特征描述符，并将该特征描述符所对应的特征数据存放入特征库中。

2.如权利要求1所述的三维模型检索系统，其特征在于，所述入库模块进一步包括一测试单元，该单元亦与入库接口单元和特征库连接，且用以对三维模型检索进行测试及验证。

3.如权利要求1所述的三维模型检索系统，其特征在于，所述特征库还存放有由索引单元生成的与模型库和分类文件对应的特征距离矩阵数据。

4.如权利要求1所述的三维模型检索系统，其特征在于，所述模型库中还存放有三维模型的相关附加属性。

5.如权利要求1所述的三维模型检索系统，其特征在于，所述相似性度量模块包括特征提取单元和距离计算单元，且该特征提取单元为对三维模型的特征进行提取并计算得出特征描述符，而距离计算单元则根据该特征描述符进行模型特征间的距离计算。

6.如权利要求1所述的三维模型检索系统，其特征在于，所述相似性度量模块还包括一预处理单元，其与特征提取单元相连，且该预处理单元为用以对三维模型进行预处理。

7.如权利要求1所述的三维模型检索系统，其特征在于，所述索引单元调用相似性度量模块对入库接口单元提交的分类文件的特征进行提取并计算出特征描述符，并生成特征距离矩阵数据。

8.如权利要求1所述的三维模型检索系统，其特征在于，所述入库接口单元包括一选择一个或多个模型入库方式的入库接口。

9.如权利要求1所述的三维模型检索系统，其特征在于，所述入库接口单元还包括一选择分类文件批量入库方式的入库接口。

10.如权利要求9所述的三维模型检索系统，其特征在于，所述选择分类文件批量入库方式的入库接口还包括一生成特征距离矩阵数据的入库接口。

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