LOD模型搜索方法及系统、建立LOD模型数据库的方法和计算机可读的存储介质

【技术领域】

本发明涉及3D技术领域，尤其涉及一种LOD模型搜索方法及系统、建立LOD模型数据库的方法和计算机可读的存储介质。

【背景技术】

目前，3D模型的应用越来越广泛，工业产品设计、虚拟现实、3D游戏、影视动画等都广泛使用3D模型。而且每天都有大量的3D模型产生和传播，存在着对3D模型进行检索的迫切需求。

但是，由于3D模型的存储内容都较大，一般以兆来计算，故而对3D模型进行搜索时会存在计算机运行计算量过大，从而导致搜索速度缓慢，搜索效率低的问题。而，该问题已经成为3D技术领域亟待解决的关键性问题。

【发明内容】

针对现有的3D模型搜索存在的搜索效率低的问题，本发明提供一种LOD模型搜索方法及系统、建立LOD模型数据库的方法和计算机可读的存储介质。

本发明解决技术问题的方案是提供一种LOD模型搜索方法，其用于从数据库中搜索匹配的模型，所述数据库中每一模型都具有代表该模型特征的简化参数，LOD模型搜索方法包括步骤：

输入待搜索模型；

获取待搜索模型的顶点参数，所述顶点参数至少包括顶点坐标及顶点拓扑结构；

对待搜索模型的顶点参数进行简化处理以获得待搜索模型的简化参数，并且使待搜索模型简化处理后的简化参数的排序规则与数据库中模型的简化参数的排序规则一致；

将待搜索模型的简化参数与数据库中存储的模型的简化参数进行对比；及

输出搜索结果。

优选地，所述简化处理具体包括以下步骤：

获取待搜索模型之外表面上的顶点参数；

选取所述顶点参数对应的模型之外表面上的4个三角形所对应的6个顶点，所述4个三角形包括1个中心三角形和3个边缘三角形，所述3个边缘三角形分别与中心三角形的3个边共边；

删除中心三角形对应的三个顶点；

重复执行上述步骤直至顶点数量减少至阀值，代表模型特征的简化参数至少包括阈值个顶点的顶点坐标。

优选地，所述简化处理在删除中心三角形对应的三个顶点前进一步包括以下步骤：

计算中心三角形与任意一个边缘三角形两者的法线的夹角，若夹角小于阀值则继续下一步骤；若夹角大于阀值则重新选取其它四个三角形。

优选地，待搜索模型的简化参数与数据库中存储的模型的简化参数进行对比包括步骤：

步骤S1：计算偏移量，将待搜索模型的简化参数中的至少两个顶点坐标与数据库中存储模型的简化参数中的至少两个顶点坐标进行对比并至少获得两个偏移量；

步骤S2：判断偏移量的相似度，计算至少两个偏移量的相似度，比对该相似度是否大于阀值，若大于阀值则继续下一步骤S3，若小于阀值则进行下一个模型的比对或者结束搜索动作；

步骤S3：根据偏移量对待搜索模型的简化参数进行校正获得待搜索模型的标准化简化参数；

步骤S4：将待搜索模型的标准化简化参数与数据库中存储模型的简化参数进行对比，并根据两者的相似度判定数据库中存储的模型是否与待搜索模型相匹配。

优选地，所述简化处理包括步骤：

获取待搜索模型之外表面上的顶点三维坐标及顶点对应的拓扑结构参数；

获取6个顶点的三维坐标及顶点对应的拓扑结构参数；所述6个顶点的依次连线后所形成的区域内无其他顶点存在；

删除所述6个顶点中不相邻的三个顶点；所述不相邻的三个顶点依次相连所形成的三角形面积最小；

重复执行上述步骤直至顶点数量减少至阀值，代表模型特征的简化参数至少包括阈值个顶点的顶点坐标。

优选地，所述LOD模型搜索方法在对待搜索模型进行简化处理前进一步包括以下步骤：

按照预设的比例尺对待搜索模型进行处理。

本发明还提供一种LOD模型搜索系统，其用于从数据库中搜索匹配的模型，所述数据库中每一模型都具有代表该模型特征的简化参数，所述LOD模型搜索系统包括：

输入模块，用于输入待搜索模型；

获取模块，用于获取待搜索模型的顶点参数，所述顶点参数至少包括顶点坐标及顶点拓扑结构；

处理模块，用于对待搜索模型的顶点参数进行简化处理以获得待搜索模型的简化参数，并且使待搜索模型简化处理后的简化参数的排序规则与数据库中模型的简化参数的排序规则一致；

对比模块，用于将待搜索模型的简化参数与数据库中存储的模型的简化参数进行对比；

输出模块，用于输出搜索结果。

优选地，所述LOD模型搜索系统进一步包括储存模块，所述储存模块用于在完成LOD模型搜索之后将简化处理后的待搜索模型及其简化参数传输给数据库储存。

本发明还提供一种建立LOD模型数据库的方法，所述建立LOD模型数据库的方法包括以下步骤：

输入模型；

获取模型的顶点参数，所述顶点参数至少包括顶点坐标及顶点拓扑结构；

对模型的顶点参数进行简化处理以获得模型的简化参数，且简化处理后的模型均遵循相同的排序规则；

储存简化处理后的模型及其简化参数以形成数据库。

本发明还提供一种计算机可读的存储介质，其用于存储进行LOD模型搜索的计算机程序，所述计算机程序在计算机的运行下执行以下步骤：

输入待搜索模型；

获取待搜索模型的顶点参数，所述顶点参数至少包括顶点坐标及顶点拓扑结构；

对待搜索模型的顶点参数进行简化处理以获得待搜索模型的简化参数，并且使待搜索模型简化处理后的简化参数的排序规则与数据库中模型的简化参数的排序规则一致；

将待搜索模型的简化参数与数据库中存储的模型的简化参数进行对比；及

输出搜索结果。

与现有技术相比，本发明的一种LOD模型搜索方法，其采用减少顶点数量，并将剩下顶点的三维坐标作为特征数据与数据库中存储的模型进行比对，大大减少了需要处理的数据量，加快了计算机的运行速度，提高了搜索效率。

与现有技术相比，本发明的一种LOD模型搜索系统，其大大减少了需要处理的数据量，加快了计算机的运行速度，提高了搜索效率。

与现有技术相比，本发明的一种建立LOD模型数据库的方法，其建立了一个便于进行LOD模型搜索的系统，用户使用更加方便，而且搜索效率高。

【附图说明】

图1是本发明第一实施例的LOD模型搜索方法的流程示意图。

图2是本发明第一实施例的对待搜索模型的顶点参数进行简化处理的流程示意图。

图3是本发明第一实施例的对待搜索模型的顶点参数进行简化处理的一种变形的流程示意图。

图4是本发明第一实施例的减少顶点数量的计算过程的示意图。

图5是本发明第一实施例的减少顶点数量的计算过程的又一示意图。

图6是本发明第一实施例的待搜索模型的简化参数与数据库中存储的模型的简化参数进行比对的流程示意图。

图7是本发明第二实施例的LOD模型搜索系统与数据库连接的模块示意图。

图8是本发明第三实施例的建立LOD模型数据库的方法的流程示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1，本发明第一实施例揭示一种LOD(Levels of Detail细节层次)模型搜索方法，其用于从数据库中搜索匹配的模型，所述数据库中每一模型都具有代表该模型特征的简化参数且各模型的简化参数排列规则一致，所述LOD模型搜索方法包括以下步骤：

步骤S1：输入待搜索模型；

步骤S2：获取待搜索模型的顶点参数，所述顶点参数至少包括顶点坐标及顶点拓扑结构；

步骤S3：对待搜索模型的顶点参数进行简化处理以获得待搜索模型的简化参数，并且使待搜索模型简化处理后的简化参数的排序规则与数据库中模型的简化参数的排序规则一致；

步骤S4：将待搜索模型的简化参数与数据库中存储的模型的简化参数进行对比；及

步骤S5：输出搜索结果。

优选地，所述LOD模型搜索方法进一步包括步骤S6：

步骤S6：储存简化处理后的待搜索模型及其简化参数至数据库中，从而不断的扩充数据库中存储的模型的数量。

优选地，所述LOD模型搜索方法在对待搜索模型的顶点参数进行简化处理前进一步包括步骤S20：

步骤S20：按照预设的比例尺对待搜索模型进行处理，当输入进来的待搜索模型的比例尺大于该预设的比例尺时，对待搜索模型进行缩小；当待搜索模型的比例尺小于该预设的比例尺时，对待搜索模型进行放大；当待搜索模型的比例尺与预设的比例尺一致时，不对待搜索模型进行处理。该比例尺与数据库中存储模型的比例尺一致。

在所述步骤S1中，输入的待搜索模型的结构具体为：以待搜索模型的某一点为原点建立三维坐标系并确定多个顶点。所述顶点可以设置在待搜索模型的内表面和外表面上，或者设置在一个有效包含待搜索模型的立体图形的外表面上。多个顶点之间相互连接形成的拓扑结构包围待搜索模型的体积，每三个相邻的顶点连接形成若干个三角形。

请参考图2，所述步骤S3具体包括以下步骤：

步骤S31：获取待搜索模型之外表面上的顶点参数；

步骤S32：选取所述顶点参数对应的模型之外表面上的4个三角形所对应的6个顶点，所述4个三角形包括1个中心三角形和3个边缘三角形，所述3个边缘三角形分别与中心三角形的3个边共边；

步骤S33：删除中心三角形对应的三个顶点；

步骤S34：重复执行上述步骤直至顶点数量减少至阀值，代表模型特征的简化参数至少包括阈值个顶点的顶点坐标。

优选地，所述步骤S3在步骤S32和步骤S33之间进一步包括步骤S320：

步骤S320：计算中心三角形与任意一个边缘三角形两者的法线的夹角，若夹角小于阀值则继续下一步骤S33，若夹角大于阀值则重新执行步骤S32以选取其它四个三角形。

请参考图3，作为一种变形，所述步骤S3还可以包括以下步骤：

步骤S31’：获取待搜索模型之外表面上的顶点三维坐标及顶点对应的拓扑结构参数；

步骤S32’：获取6个顶点的三维坐标及顶点对应的拓扑结构参数；所述6个顶点的依次连线后所形成的区域内无其他顶点存在；

步骤S33’：删除所述6个顶点中不相邻的三个顶点；所述不相邻的三个顶点依次相连所形成的三角形面积最小；

步骤S34’：重复执行上述步骤直至顶点数量减少至阀值，代表模型特征的简化参数至少包括阈值个顶点的顶点坐标。

请一并参考图4和图5，所述对待搜索模型的顶点参数进行简化处理以获得待搜索模型的简化参数具体过程为：获取待搜索模型之外表面上的顶点参数，选取待搜索模型之外表面上的4个三角形A、B、C、D，其中A作为中心三角形，B、C、D作为边缘三角形，三角形A由顶点 P1、P2、P3组成，三角形B由顶点P1、P2、P4组成，三角形C由顶点P2、P3、P5组成，三角形D由顶点P1、P3、 P6组成。该四个三角形A、B、C、D形成了一个六边形，去除该六边形的三条内边P1P2、P1P3、P2P3，即去除初始三角形A的三个顶点P1、P2、P3，对图形进行自动修正，即将剩下的三个顶点P4、P5、P6用直线依次连接形成一个优化后的三角形，从而三角形的数量从四个减少至一个，顶点数量从六个减少至三个。再进行重复的上述步骤，直至顶点数量减少至阀值，代表模型特征的简化参数至少包括阀值个顶点的顶点坐标。在步骤S3中，所述阀值代表着计算机可以顺畅运行计算，不会由于顶点数量太多而导致数据处理量太大，从而影响计算机的运行速度的一个值。此阀值的制定有赖于计算机的运行速度本身，因此在本发明中，优选为阀值为16～32，进一步优选为阀值为16，即顶点数量减少至16个时，计算机的运行速度不会受到影响，忽略了待搜索模型的拓扑结构，仅考虑有效地包围待搜索模型的体积。

请参考图6，所述步骤S4具体包括以下步骤：

步骤S41：计算偏移量，将待搜索模型的简化参数中的至少两个顶点坐标与数据库中存储模型的简化参数中的至少两个顶点坐标进行对比并至少获得两个偏移量；

步骤S42：判断偏移量的相似度，计算至少两个偏移量的相似度，比对该相似度是否大于阀值，若大于阀值则继续下一步骤S43，若小于阀值则进行下一个模型的比对或者结束搜索动作；

步骤S43：根据偏移量对待搜索模型的简化参数进行校正获得待搜索模型的标准化简化参数；

步骤S44：将待搜索模型的标准化简化参数与数据库中存储模型的简化参数进行对比，并根据两者的相似度判定数据库中存储的模型是否与待搜索模型相匹配，若相似度大于阀值，则判定该模型与待搜索模型相匹配，若相似度小于阀值，则判定该模型与待搜索模型不匹配。

在步骤S41中，可以将待搜索模型与数据库中存储的模型逐一进行比对，也可以将待搜索模型与数据库中存储的所有模型同时进行比对。可以理解，也可以同时将待搜索模型的至少三个顶点坐标与数据库中存储的模型的至少三个顶点坐标分别对应地进行比对。优选地，在选取的至少两个顶点中包含待搜索模型的第一个顶点，其中，第一个顶点通常选取为距离模型中心点最远或者最近或者最具有特征的顶点，以便于对模型进行顶点排序。

在步骤S43中，校正所依据的偏移量可以是至少两个偏移量中的任一个，或者是至少两个偏移量的平均值。

优选地，步骤S44中判定待搜索模型与数据库中存储模型的相似度的方法为：比对待搜索模型所有顶点与数据库中模型的所有顶点的偏移量，并计算所有偏移量的方差和均值，若所有偏移量的方差小于阀值，均值也小于阀值，则判定数据库中的该模型与待搜索模型相匹配，否则，则判定该模型与待搜索模型不匹配。可以理解，可以从待搜索模型所有顶点中随机抽取或者按照一定规律抽取多个顶点与数据库中模型的对应顶点去进行比对，以加快比对速度，提高搜索效率。

以待搜索模型的简化参数与数据库中存储模型的简化参数逐一进行比对为例进行说明：待搜索模型的第一个顶点的坐标为(X1、Y1、Z1)、第二个顶点的坐标为(X2、 Y2、Z2)，数据库中存储的模型的第一个顶点为(X3、Y3、 Z3)、第二个顶点的坐标为(X4、Y4、Z4)。分别计算得到待搜索模型的第一个顶点和数据库中存储的模型的第一个顶点分别在X、Y、Z方向上的偏移量дX1、дY1和д Z1，其中дX1＝X1-X3，дY1＝Y1-Y3，дZ1＝Z1-Z3；待搜索模型的第二个顶点和数据库中存储的模型的第二个顶点分别在X、Y、Z方向上的偏移量дX2、дY2和дZ2，其中дX2＝X2-X4，дY2＝Y2-Y4，дZ2＝Z2-Z4。将|дX1-дX2| 与预设阀值дX0进行比较。若|дX1-дX2|>дX0时，则判定数据库中存储的该模型不符合匹配，从而进行下一个模型的比对或者结束搜索。若|дX1-дX2|<дX0时，则判定数据库中存储的该模型初步匹配；并将偏移量施加到待搜索模型的所有顶点的坐标上，该施加的偏移量可以是дX1、дY1和дZ1，也可以是дX2、дY2和дZ2，或者是(дX1+дX2)/2、(дY1+дY2)/2、(дZ1+дZ2)/2。再将待搜索模型所有顶点偏移后的三维坐标与数据库中存储的模型进行比对，并计算得到待搜索模型与数据库中存储的模型的相似度，当相似度超过阀值时，判定数据库中存储的模型与待搜索模型相匹配；当相似度小于阀值时，则判定数据库中存储的模型与待搜索模型不匹配，进行下一个模型的比对或者结束搜索。

在本发明中，待搜索模型简化参数的排序规则与数据库中存储模型的简化参数的排序规则一致指的是：待搜索模型与数据库中存储模型选择第一个顶点的规则一致，即均是将距离模型中心点最远或者最近的顶点作为第一个顶点，从而以第一个顶点为起点，两者按照相同的规律去设置顶点分布，可以是按照顺时针或者逆时针方向依次设置，也可以是按照某一图形去依次设置。

在本发明中，待搜索模型与数据库中存储模型相匹配指的是两者顶点拓扑结构较为近似。

请参考图7，本发明的第二实施例还提供一种LOD模型搜索系统，所述LOD模型搜索系统包括：

输入模块，用于输入待搜索模型；

获取模块，用于获取待搜索模型的顶点参数，所述顶点参数至少包括顶点坐标及顶点拓扑结构；

处理模块，用于对待搜索模型的顶点参数进行简化处理以获得待搜索模型的简化参数，并且使待搜索模型简化处理后的简化参数的排序规则与数据库中模型的简化参数的排序规则一致；

对比模块，用于将待搜索模型的简化参数与数据库中存储的模型的简化参数进行对比；

输出模块，用于输出搜索结果。

所述输入模块与获取模块连接，所述获取模块与处理模块连接，所述处理模块与对比模块连接，所述输出模块与对比模块连接，所述输出模块和对比模块用于与数据库连接。输入模块输入待搜索模型，获取模块去获取待搜索模型的顶点参数，处理模块对待搜索模型的顶点参数进行简化处理以获得待搜索模型的简化参数，然后对比模块将待搜索模型的简化参数与数据库中存储模型的简化参数去进行比对，当对比模块比对出数据库中存储的模型与待搜索模型相匹配时，对比模块将匹配模型的信息反馈给输出模块，输出模块从根据该反馈信息从数据库中对应地调取匹配模型作为搜索结果输出；当对比模块比对处据库中存储的模型与待搜索模型均不匹配时，对比模块将比对结果反馈给输出模块，输出模块输出对应的信息，输出模块输出的为“未检索到相似模型”或者“未匹配到相似模型”等类似信息。

优选地，所述LOD模型搜索系统进一步包括储存模块，所述储存模块与处理模块和数据库连接，所述储存模块在完成LOD模型搜索之后将简化处理后的待搜索模型及其简化参数传输给数据库存储起来。

优选地，在LOD模型搜索系统中的所有模型在进行存储前，所述处理模块先对所有模型进行简化处理再存储到数据库中，所有简化处理后的模型的简化参数均遵循相同的排序规则。

请参考图8，本发明的第三实施例还提供一种建立LOD 模型数据库的方法，所述建立LOD模型数据库的方法包括以下步骤：

步骤S61：输入模型；

步骤S62：获取模型的顶点参数，所述顶点参数至少包括顶点坐标及顶点拓扑结构；

步骤S63：对模型的顶点参数进行简化处理以获得模型的简化参数，且简化处理后的模型均遵循相同的排序规则；

步骤S64：储存简化处理后的模型及其简化参数以形成数据库。

本发明还提供一种计算机可读的存储介质，其用于存储LOD模型搜索的计算机程序，所述计算机程序用于从数据库中搜索匹配的模型，所述数据库中每一模型都具有代表该模型特征的简化参数且各模型的简化参数排列规则一致，所述计算机程序在计算机上运行时执行以下步骤：

步骤S1：输入待搜索模型；

步骤S2：获取待搜索模型的顶点参数，所述顶点参数至少包括顶点坐标及顶点拓扑结构；

步骤S3：对待搜索模型的顶点参数进行简化处理以获得待搜索模型的简化参数，并且使待搜索模型简化处理后的顶点的排序规则与数据库中模型的顶点的排序规则一致；

步骤S4：待搜索模型的简化参数与数据库中存储的模型的简化参数进行对比；

步骤S5：输出搜索结果。

一般计算机可读取介质的形式包含：软盘(floppy disk)、可挠性盘片(flexibledisk)、硬盘、磁带、任何其余的磁性介质、CD-ROM、任何其余的光学介质、打孔卡片(punchcards)、纸带(paper tape)、任何其余的带有洞的图案的物理介质、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)、可抹除可编程只读存储器(EPROM)、快闪可抹除可编程只读存储器(FLASH-EPROM)、其余任何存储器芯片或卡匣(cartridge)、或任何其余可让计算机读取的介质。指令可进一步被一传输介质所传送或接收。“传输介质”这个术语可包含任何有形或无形的介质，其可用来存储、编码或承载用来给机器执行的指令，并且包含数字或模拟通信信号或其余促进上述指令的通信的无形介质。传输介质包含同轴电缆、铜线以及光纤，其包含了用来传输一计算机数据信号的总线的导线。

与现有技术相比，本发明的一种LOD模型搜索方法，其采用减少顶点数量，并将剩下顶点的三维坐标作为特征数据与数据库中存储的模型进行比对，大大减少了需要处理的数据量，加快了计算机的运行速度，提高了搜索效率。

与现有技术相比，本发明的一种LOD模型搜索系统，其大大减少了需要处理的数据量，加快了计算机的运行速度，提高了搜索效率。

与现有技术相比，本发明的一种建立LOD模型数据库的方法，其建立了一个便于进行LOD模型搜索的系统，用户使用更加方便，而且搜索效率高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。