[发明专利]基于最大化可视信息的三维场景最佳视角自动获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机三维模型处理方法，具体涉及一种基于最大化可视信息的三维场景最佳视角自动获取方法。

背景技术

近年来，随着计算机技术和网络技术的飞速发展，越来越多的三维场景模型用于环境导航、虚拟现实、数字城市等领域中。

给定一个三维模型，从不同的角度对其进行观察时，由于不同视角承载了该三维模型的不同方向的视觉信息，可能会展现出完全不同的表现形式。寻找最佳视角的本质是找出一个承载最大信息量的视点，该视点有利于人们更加深入地去观察和了解给定的三维模型。近年来，最佳视角问题得到了学术界的广泛研究，并应用到很多实际问题中，如形状识别和分类、三维模型视图编辑、基于图像的渲染、三维模型搜索等。

对于什么样的视角是最佳视角这一问题，现在还没有一个权威的定义。在研究最佳视角问题时，人们通常根据自己所面对的实际应用去进行定义。通过研究计算机图形心理学，Blanz等人提出了决定最佳视角的四个属性：利于识别、熟悉度、能用函数表示以及审美标准，并且最佳视角在很大程度上受三维模型的几何特性影响(Blanz，V，etal.，What object attributes determine canonical views？PERCEPTION-LONDON-，1999.28：p.575-600.)。结合这些研究成果，最佳视角常被定义为能为人们提供该模型最多可视化信息的视角。其中，可视化信息可以进一步表现为曲率、拓扑或者轮廓熵等描述符，且最佳视角就是尽可能多地使这些描述符在给定视角范围内可见。

传统的求解三维模型最佳视角的方法主要有：基于传统的审美标准如黄金分割等(G.D.Birkhoff，Mathematics of aesthetics，The world of mathematics(1956)，pp.2185--2195.)、定义一个信息描述符，然后定义最大化该信息描述符的视点为最佳视点(Page，D.L.and Koschan，A.F.and Sukumar，S.R.and Roui-Abidi，B.and Abidi，M.A，Shape analysis algorithm based on information theory，in Proc.of Proceedings of International Conference on Image Processing(2003)，pp.229--232.等)、基于语义的最佳视角获取方法(Denton，T.and Demirci，M.F.and Abrahamson，J.and Shokoufandeh，A.and Dickinson，S，Selecting Canonical Views for View-Based 3-D Object Recognition，in Proc.of International Conference on Pattern Recognition(2004)，pp.273--276.等)。

然而，三维模型通常只包含单一的物体，而三维场景通常包含有大量的物体，而且呈现出不同的形状和材质，这就使得传统的针对三维模型的最佳视角的方法并不能很好地移植到三维场景的最佳视角中来。对于三维场景，其最佳视角应该满足以下两个条件：能够尽可能多地看到场景中的物体；尽量使可见的物体视觉效果达到最佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于最大化可视信息的三维场景最佳视角自动获取方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)对给定的三维场景，确定其向上的方向即正方向，并就确定的正方向对该三维场景进行归一化；

2)根据归一化后的三维场景，在单位球的上半球面对视点进行均匀采样；

3)求出三维场景表面各顶点的曲率，用以表征三维场景表面的几何特征；

4)基于三维场景表面顶点曲率聚类的方法求取三维场景表面的特征区域，并采用各特征区域聚类中心的曲率值作为该区域的特征值，用以表征该区域的重要程度；

5)基于主成分分析(PCA)方法对求出的三维场景各特征区域内部位置关系进行分析，求出各特征区域的主方向，用以衡量步骤2)各采样视点对该特征区域的可视化质量；

6)以看到最多的特征区域和获得最优的可视化质量为核心，提出基于特征区域特征值和特征区域可视化质量的能量函数，并基于统计的方法求取优化能量函数的最佳视角。

其具体的执行步骤如下：