三维模型管理与检索(一)

三维模型管理与检索

最近几年，三维模型在虚拟现实、三维动画制作和虚拟场景建模领域异常火爆。随着计算机软硬件的飞速发展，各类强大的建模工具和三维扫描设备应运而生，创建一个三维模型的过程越来越简单。同时，三维模型的应用领域也越来越广泛例如，在工业设计、虚拟现实增强、三维游戏的场景设计、影视动画特效、医学仿真等领域都有许多重要的应用。

一、三维模型管理与检索的研究背景和意义

自上世纪末以来，图象、音频、视频等多媒体信息的检索技术有了很快的发展，出现了基于内容的多媒体信息检索技术，并在理论研究和实际应用中得到广泛的应用与发展。目前，互联网上基于文本、图像和音视频等多媒体信息的检索技术己十分成熟，涌现了Google、百度等优秀的搜索引擎。但相比文本、图像等信息的检索技术，三维模型的检索技术刚刚起步，仍有广泛的发展空间。

现有的三维模型检索技术按检索方式可以分为基于文本的检索技术和基于内容的检索技术，而目前网上常用的三维模型管理系统多数是基于文本的检索。基于文本的检索方式，也就是基于关键字的检索方式，需要研究人员对数量庞大的三维模型手工添加详细的说明信息，费时又费力。因为是人工操作，人的一些主观失误很可能会导致检索结果不理想。

基于内容的检索方式是根据三维模型的内容（如形状和空间结构等特征），通过程序自动实现检索，检索结果受人的主观因素影响微乎其微。基于文本关键字的检索技术如今已被广一泛应用于各个领域，但是由于三维模型的特殊性，在三维模型检索方式上基于文本的检索方式并不准确高效，对那些模型复杂度较高、相似度较大的模型检索更是如此。正因为如此近些年来，基于内容的模型检索技术成为三维模型检索领域的研究重点。

正如传统的搜索引擎需要一个尽可能大的互联网网页数据库，基于内容的三维模型检索的研究与实现也需要有一个数量庞大的三维模型数据库为依托。

二、现有的三维模型检索管理系统

三维模型检索技术同图像和视频信息检索技术基本相同，大体上可以分为两种检索方式：基于文本的和基于内容的三维检索技术。基于文本的检索方式通常是通过关键字标注的方式对现有模型事先进行人为的标注、分类。当用户检索时，通过检索这些标注的关键字来获取用户所需的内容。如现在比较成熟的商用搜素引擎，如 Google、百度、Yahoo 等。人工关键字检索方法优点比较明显，方法简单，并且检索速度快。但是缺点也比较突出，由于三维模型本身不包含任何文本信息，关键字是人为进行标注的，因此关键字标注很难全面、准确的描述三维模型的特征属性，并且由于人的主观因素很难客观的对模型进行一致性的标注，加之文本本身容易产生二义性，因此很难进行精准的检索效果。另外由于关键字标注费时费力，因此不适合于大型数据库。基于内容的检索技术一般是系统利用三维模型自身所携带的几何结构、材质等信息进行分析并进行建模，然后将从三维模型提取的特征存入数据库中。当进行检索时，用户提供检索的三维模型完整数据或者二维草图等通过接口输入，系统进行特征提取，然后与数据库中的每一个模型的特征进行相似度比较，通过一定的评测方法对按照与检索模型的相似度匹配程度由大到小进行排序，反馈给用户。三维模型相对于其他多媒体数据携带有更多的信息，其携带的空间结构、外观材质、纹理信息超越了一般基于内容的二维图像检索的范畴。现在越来越多的研究人员将大量的工作致力于利用其携带的结构特征和匹配方式的研究。

（1）台湾大学三维模型检索引擎

台湾大学的三维模型检索引擎是一个基于视觉形状的web模式的检索系统，后台数据库中共包含一万多个三维模型，这些模型数据都是从因特网上获得的。这些模型大部分是比较常见的日常物体，并且提供从检索结果中直接进行模型下载。该系统的界面操作简单，交互性能良好，提供两种检索模式：绘制二维图形和利用检索结果进行交互式的迭代检索。图1-1和图1-2分别利用两种模式的界面图。该系统提供一个离线的特征提取和线上的联机检索过程。对于利用绘制二维图形进行检索平台提供了两个绘制图形的插件，因此可以提供两个不同视角下的二维图形，其检索的平均时间为 0.06 秒。同时还可以利用检索出的三维模型进行交互式的迭代检索，提高检索的准确率。