周明全、耿國(guó)華教授團(tuán)隊(duì)：基于內(nèi)容的三維模型檢索技術(shù)

傳統(tǒng)的信息檢索技術(shù)是按照關(guān)鍵字檢索，如找學(xué)生記錄可按名字、學(xué)號(hào)、身份證號(hào)等方式查找，一篇文章寫(xiě)完需要給出關(guān)鍵字序列，這些都是為了方便檢索。基于內(nèi)容的檢索(content based retrieval，CBR)就是從數(shù)據(jù)中提取特定的信息線(xiàn)索，然后根據(jù)這些線(xiàn)索從大量存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行查找，檢索出具有相似特征的信息。

隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信、人工智能等信息新技術(shù)發(fā)展，更多的模型信息走進(jìn)人們生活的方方面面。特別是三維模型這一信息載體的應(yīng)用越來(lái)越廣，也越來(lái)越迫切，在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬人、三維游戲、教育、影視動(dòng)畫(huà)、建筑設(shè)計(jì)、造型藝術(shù)及地理信息等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。目前，網(wǎng)絡(luò)上每天都有大量的三維模型產(chǎn)生和傳播，模型檢索可廣泛應(yīng)用在計(jì)算機(jī)視覺(jué)、模式識(shí)別、輔助設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，彰顯出巨大的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展?jié)摿Γ?strong>三維模型檢索技術(shù)已成為應(yīng)用信息資源不可或缺的手段。

基于內(nèi)容的三維模型檢索體系

基于內(nèi)容的三維模型檢索技術(shù)是通過(guò)分析三維模型的幾何特征、紋理等信息來(lái)檢索相似模型的方法，這一領(lǐng)域涉及計(jì)算機(jī)視覺(jué)、模式分類(lèi)、語(yǔ)義網(wǎng)等多個(gè)領(lǐng)域，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。基于內(nèi)容的三維模型檢索技術(shù)可歸納為如下幾類(lèi)。

▋1.基于幾何特征的檢索。主要依賴(lài)三維模型的形狀、邊緣和曲面等幾何特征。通過(guò)對(duì)目標(biāo)模型進(jìn)行投影和建立草圖信息，檢索具有相似幾何特征的其他模型。這種技術(shù)可以準(zhǔn)確表達(dá)模型的幾何信息，但是計(jì)算復(fù)雜度較高，導(dǎo)致檢索時(shí)間較長(zhǎng)。

基于視覺(jué)投影圖的特征提取方法檢索結(jié)果

圖中數(shù)值為差異度分?jǐn)?shù)

▋2.基于多特征融合的檢索。為克服單一特征的不足，人們提出基于多特征融合的檢索方法。這種方法對(duì)模型的幾何特征、結(jié)構(gòu)特征、紋理信息、視覺(jué)特征等進(jìn)行加權(quán)融合，并計(jì)算特征之間的相似度。多特征融合方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠充分利用不同特征之間的互補(bǔ)性，更加準(zhǔn)確地表達(dá)模型的多樣性信息。

表 模型庫(kù)中沒(méi)有待檢索模型的情況(DWT)

▋3.基于語(yǔ)義的三維模型檢索。該檢索方法利用語(yǔ)義信息構(gòu)建語(yǔ)義網(wǎng)，通過(guò)將語(yǔ)義特征嵌入三維模型描述，實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確和語(yǔ)義感知的檢索。該類(lèi)方法通常包括兩個(gè)主要步驟，即語(yǔ)義網(wǎng)的構(gòu)建、語(yǔ)義特征提取和相似性度量。這種方法不僅考慮幾何、形狀、顏色和紋理等信息，同時(shí)注重模型的語(yǔ)義含義，進(jìn)而提高檢索的精度和效率，使得用戶(hù)能夠更容易地找到符合其需求的三維模型。

表 碎塊模型匹配結(jié)果

▋4.基于深度學(xué)習(xí)的三維模型檢索。該檢索方法利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或者自編碼器等深度學(xué)習(xí)架構(gòu)提取三維模型的特征，通過(guò)將三維模型表示為高維特征向量，利用深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)模型之間的抽象關(guān)系，使其能夠捕捉模型的形狀、結(jié)構(gòu)和語(yǔ)義等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的有效表示和比較。該類(lèi)方法在處理大規(guī)模三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)表現(xiàn)出色，可以為三維計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供有力的支持。

草圖檢索三維模型結(jié)果(全部返回正確結(jié)果)

綜之，傳統(tǒng)基于關(guān)鍵詞的圖像檢索費(fèi)時(shí)費(fèi)力，基于內(nèi)容的三維模型檢索技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，通過(guò)分析內(nèi)在特征提高準(zhǔn)確性與效率。研究者從多個(gè)角度探索了檢索方法，包括基于投影、草圖、特征、語(yǔ)義等。本體檢索借助知識(shí)表示與組織，實(shí)現(xiàn)信息檢索與知識(shí)發(fā)現(xiàn)。深度學(xué)習(xí)廣泛應(yīng)用于提取特征向量進(jìn)行檢索。三維模型檢索是前沿跨領(lǐng)域研究，通過(guò)改進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)來(lái)提高準(zhǔn)確性與效率，推動(dòng)不同領(lǐng)域應(yīng)用，不但填補(bǔ)了相關(guān)領(lǐng)域空白，促進(jìn)了文物數(shù)字化資源共享，拓展了檢索層次，而且為數(shù) 字博物館與虛擬地理環(huán)境等領(lǐng)域提供了有力支持。

點(diǎn)擊翻頁(yè)

點(diǎn)擊翻頁(yè)

點(diǎn)擊翻頁(yè)

點(diǎn)擊翻頁(yè)

點(diǎn)擊翻頁(yè)

點(diǎn)擊翻頁(yè)

基于內(nèi)容的三維模型檢索技術(shù)

周明全, 耿國(guó)華著

北京 : 科學(xué)出版社, 2025. 12

(新一代人工智能理論、技術(shù)及應(yīng)用叢書(shū))

ISBN978-7-03-083236-8

《基于內(nèi)容的三維模型檢索技術(shù)》匯聚了模型檢索領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)，包括作者團(tuán)隊(duì)的研發(fā)成果。基于三維內(nèi)容檢索的研究與應(yīng)用分為知識(shí)體系、技術(shù)體系、應(yīng)用體系三個(gè)部分。

▋知識(shí)體系部分(第1～3章)介紹三維內(nèi)容檢索的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、三維模型的處理流程、模型表示方法及其特征提取、性能評(píng)價(jià)，以及體系構(gòu)成。第1章緒論，包括背景意義、現(xiàn)狀和三維模型檢索體系(知識(shí)體系、技術(shù)體系、應(yīng)用體系)。第2章三維模型概述，包括三維模型表示方法、特征提取、性能評(píng)價(jià)。第3章三維模型預(yù)處理，包括模型去噪、孔洞修復(fù)、網(wǎng)格簡(jiǎn)化、標(biāo)準(zhǔn)化以及坐標(biāo)規(guī)范化。

▋技術(shù)體系部分(第4～8章)介紹二維(圖像)找三維模型、三維(特征)找三維模型、基于語(yǔ)義本體找三維模型和深度學(xué)習(xí)找三維模型三類(lèi)技術(shù)。第4章基于投影的三維模型檢索技術(shù)，包括視覺(jué)投影、正交投影、三維Radon 變換與BOVF 等方法。第5章基于草圖的三維模型檢索技術(shù)，包括三維模型全局特征、局部特征及局部多尺度等方法。第6章基于多特征融合的三維模型檢索技術(shù)，包括擴(kuò)展核、SKPCA、骨架等特征提取方法。第7章基于語(yǔ)義的三維模型檢索技術(shù)，三維模型本體描述和語(yǔ)義網(wǎng)建立、主動(dòng)學(xué)習(xí)機(jī)制及顯著特征的語(yǔ)義標(biāo)注。第8章基于深度學(xué)習(xí)的三維模型檢索技術(shù)，深度學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、損失函數(shù)與訓(xùn)練策略等處理過(guò)程。

▋應(yīng)用體系部分(第9章)介紹三維模型檢索系統(tǒng)與典型范例。

作者團(tuán)隊(duì)研究基于內(nèi)容檢索技術(shù)較早，2007年撰寫(xiě)了《基于內(nèi)容的圖像檢索技術(shù)》、2015年撰寫(xiě)了《基于內(nèi)容的音頻檢索技術(shù)》，在基于內(nèi)容的三維模型檢索方面有二十余年的研究基礎(chǔ)，本書(shū)得到國(guó)家科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)著作出版基金的資助。作者團(tuán)隊(duì)開(kāi)展三維模型檢索技術(shù)研究先后得到863 目標(biāo)導(dǎo)向項(xiàng)目(2008AA01Z301)、973前期預(yù)研項(xiàng)目(2011CB311802)、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(61731015)、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(60843094)等資助。在成書(shū)過(guò)程中，得到 北京師范大學(xué)、 西北大學(xué)等單位的大力支持。

基于內(nèi)容的三維模型檢索技術(shù)是一個(gè)活躍且不斷發(fā)展的研究領(lǐng)域。盡管已經(jīng)取得了顯著進(jìn)步，但仍面臨諸多挑戰(zhàn)。希望本書(shū)能夠吸引更多的學(xué)者關(guān)注該領(lǐng)域的研究，提供新的方法，開(kāi)拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，期盼該領(lǐng)域的研究百家爭(zhēng)鳴、成果豐碩，期待更多的研究和技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)這一領(lǐng)域的發(fā)展。

本文摘編自《基于內(nèi)容的三維模型檢索技術(shù)》（周明全, 耿國(guó)華著. 北京: 科學(xué)出版社, 2025.12）一書(shū)“前言”“序言”“第1章 緒論”，有刪減修改，標(biāo)題為編者所加。

(新一代人工智能理論、技術(shù)及應(yīng)用叢書(shū))

ISBN978-7-03-083236-8

責(zé)任編輯：孫伯元

本書(shū)適合模型智能處理等相關(guān)領(lǐng)域的科技人員研究參考，也可供高校相關(guān)專(zhuān)業(yè)研究生學(xué)習(xí)。

（本文編輯： 劉四旦 ）

專(zhuān)業(yè)品質(zhì) 學(xué)術(shù)價(jià)值

原創(chuàng)好讀 科學(xué)品位

一起閱讀科學(xué)