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[摘 要]随着3D模型的广泛使用和传播，对3D模型的检索变得越来越必要。基于内容的3D模型检索技术是近几年兴起的一个新的研究领域，研究人员提出了一些好的检索技术，开发了几个3D模型检索实验系统。基于内容的3D模型检索技术可以分为三类：1）基于形状的检索技术；2）基于拓扑结构的检索技术；3）基于图像比较的检索技术。本文首先对现有的3D模型检索技术进行了全面的综述，介绍了这些检索技术的特征提取方法、相似度计算、数据库检索方法。同时还总结了现在的3D模型检索系统的检索方式，介绍了一个典型的3D模型检索系统。
[关键词]3D模型；3D模型检索；基于内容的检索；形状特征；特征提取；相似度计算
中图分类号：S211 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）28-0299-01
一、3D模型检索技术研究
3D模型检索技术研究是个新的研究领域，许多的研究人员在此领域已经作了大量的研究工作，提出了许多好的检索技术，同时也开发了一些3D模型检索实验系统。在本章中将对现有的一些3D模型检索技术进行比较详细的介绍，同时也介绍一个比较好的3D模型检索系统。
基于内容的3D模型检索技术的研究重点是3D模型的特征提取、特征描述、特征比较。特征提取是提取能区分不同3D模型的特征；特征描述是描述和存放提取的特征，以方便检索；特征比较是在特征空间计算两个3D模型的相似度，从数据库中检索出多个最相似的3D模型。
以下将分别介绍一些基于内容的3D模型检索技术，这些检索技术都是近几年提出的比较有代表性的技术，而且应用到了实际的3D模型检索实验系统中。按照所使用的3D模型特征的不同，3D模型检索技术可以划分为三大类：l）基于形状的检索技术；2）基于拓扑结构的检索技术；3）基于图像比较的检索技术。因为大多数检索技术都是基于形状的，所以本文将基于形状的检索技术又进一步划分为多个小类来介绍。
二、 3D模型检索技术
（一）基于形状的检索技术
基于形状的检索技术是提取3D模型的形状特征，根据形状特征检索。形状特征的优点是从3D模型整体形状进行比较，忽略细节上的不同，比较接近人的视觉识别。例如两个树模型，一棵树比另一棵树多一个树枝，在比较时被认为是相似的。这种方法的缺点是对于同种物体、不同形状的3D模型，提取的形状特征不同可能会被认为不相似，例如不同姿态的青蛙会被认为彼此不相似。大多数的3D模型检索技术都是基于形状特征，根据这些技术使用的方法不同，可以进一步划分成：空域空间检索技术、频域空间检索技术。
1.1 空域空间检索技术
空域空间的检索技术是最直接的检索技术，大多数检索技术都是基于空域空间的。基于空域空间的检索技术大多使用了统计学方法，通过统计数据来描述3D模型的形状特征。不同的检索技术使用了不同的统计计算方法。
1.2 频域空间检索技术
数字信号处理中，将信号从空域空间转换到频域空间进行处理是另外一种完全不同的处理方法，应用较为广泛。同样，在3D模型检索技术中也可以将3D模型转换到频域空间，在频域空间提取特征进行检索。频率空间检索技术有傅立叶变换、球面调和分析和小波变换。
（二） 基于拓扑结构的检索技术
拓扑结构也是3D模型的一个重要特征。基于拓扑结构的检索技术是比较3D模型的拓扑结构是否相似。这种方法的优点是同种物体、不同形状的3D模型由于拓扑结构相同，所以被认为是相似的，比如不同姿态的青蛙，由于拓扑结构相同，被认为是相似的。但缺点是形状相似的3D模型可能会被认为是不同的。比如两个树模型，一棵树比另一棵树多一个树枝，虽然形状相似，但是它们的拓扑结构不同，可能会被认为不相似。
（三） 基于图像比较的检索技术
基于内容的图像检索技术的研究比较成熟，提出了许多好的图像检索技术。3D模型检索技术的另外一种思路是将3D模型转化成ZD图像，借助成熟的ZD图像检索技术进行3D模型检索。严格来讲，从使用的3D模型的特征来看，基于图像比较的检索技术可以归入到基于形状的检索技术中。但是由于这类检索技术主要是基于ZD图像的比较，所以本文将其单独作为一类技术介绍。美国普林斯顿大学的Miln、台湾大学的Chen和德国Jobst都提出了基于图像比较的检索方法。这种方法可以提供友好的用户界面，用户可以在检索界面上绘制ZD图像，然后系统根据用户绘制的图像进行检索。这个方法的优点是用户操作简单，可以绘出多个不同方向的图像，利用多张图进行检索，提高检索的精确度。
三、3D模型检索系统实现
对3D模型检索技术研究的主要目的是能提供给用户实际可操作的3D模型检索系统，结合上面介绍的3D模型检索技术，本节开发了一个3D模型检索系统一3DMS（3DModeleSarhc）。下面将详细介绍3DMS的各个部分的实现细节和实验结果。
（一）3DMS系统结构
随着网络技术的发展，Internet网的速度越来越快，普及率越来越高，从Internet上查找信息越来越方便。因此3DMS系统是个基于Web的3D模型检索系统。
具体检索过程是：用户通过客户机，通过V尾b浏览器登录到W匕b服务器，研怂b服务器返回给用户检索界面，用户通过检索界面提交检索要求，检索要求传输到认范b服务器，web服务器的搜索引擎根据检索要求在SQLsever服务器中进行检索，并将检索结果返回给W亡b服务器，W七b服务器再将检索结果返回给用户。这里，客户机执行提交检索要求和显示检索结果的功能，客户机可以是任何可以连接SQLsevert的计算机Web服务器提供检索界面生成，文件下载，模型检索等功能；SQLsever服务器主要用来存放特征向量和数据库管理的功能。
（二） 数据库组织
特征向量数据库使用了比较简单的组织方式，由于采用的每种特征提取方法提取的3D模型特征都可以使用一个特征向量来表示，因此在数据库中可以用一张二维表来保存一种特征提取的所有3D模型的特征向量。
（三）检索界面
3DMS系统的检索界面使用了基于Web的网页检索界面，检索方式使用示例检索方式，用户可以通过三种方式获得示例3D模型：3D模型检索是近几年兴起的一个新的研究领域，国外虽然对此进行了比较多的研究，但是目前仍然处于起步阶段。从国内来说，这方面的相关研究工作还很少见，仅有少量的文献报道。本文对这一领域进行了比较深入的研究，在研究现有的3D模型检
索技术的基础之上，提出了三种具有创新性的3D模型检索技术。（1）直接输入一个3D模型的全局编号进行检索。（2）从返回的结果中选择一个3D模型继续进行检索。返回的每个缩略图下面都有该缩略图所对应的3D模型的全局编号和一个查找按钮图（一个放大镜）。（3）浏览检索系统提供的所有3D模型，从浏览的3D模型中选择一个3D模型进行检索。当选中“allmodels”单选项的时候，不管是在输入框中输入一个全局编号，还是通过鼠标点击查找按钮图获得的全局编号，检索系统都将返回该全局编号后的100个（包括该全局编号）3D模型。用户可以通过这种方式浏览所有的3D模型。
参考文献
[1] 肖俊，吴飞，庄越挺等.基于支持向量机与细节层次的三维地形识别与检索.计算机辅助设计与图形学学报，2003，15（4）.410一415.
[2] 王清华.Shockwave 3D三維动画技术在化学教学中的尝试[J].化学教学，2004（11）：38-40.
[关键词]3D模型；3D模型检索；基于内容的检索；形状特征；特征提取；相似度计算
中图分类号：S211 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）28-0299-01
一、3D模型检索技术研究
3D模型检索技术研究是个新的研究领域，许多的研究人员在此领域已经作了大量的研究工作，提出了许多好的检索技术，同时也开发了一些3D模型检索实验系统。在本章中将对现有的一些3D模型检索技术进行比较详细的介绍，同时也介绍一个比较好的3D模型检索系统。
基于内容的3D模型检索技术的研究重点是3D模型的特征提取、特征描述、特征比较。特征提取是提取能区分不同3D模型的特征；特征描述是描述和存放提取的特征，以方便检索；特征比较是在特征空间计算两个3D模型的相似度，从数据库中检索出多个最相似的3D模型。
以下将分别介绍一些基于内容的3D模型检索技术，这些检索技术都是近几年提出的比较有代表性的技术，而且应用到了实际的3D模型检索实验系统中。按照所使用的3D模型特征的不同，3D模型检索技术可以划分为三大类：l）基于形状的检索技术；2）基于拓扑结构的检索技术；3）基于图像比较的检索技术。因为大多数检索技术都是基于形状的，所以本文将基于形状的检索技术又进一步划分为多个小类来介绍。
二、 3D模型检索技术
（一）基于形状的检索技术
基于形状的检索技术是提取3D模型的形状特征，根据形状特征检索。形状特征的优点是从3D模型整体形状进行比较，忽略细节上的不同，比较接近人的视觉识别。例如两个树模型，一棵树比另一棵树多一个树枝，在比较时被认为是相似的。这种方法的缺点是对于同种物体、不同形状的3D模型，提取的形状特征不同可能会被认为不相似，例如不同姿态的青蛙会被认为彼此不相似。大多数的3D模型检索技术都是基于形状特征，根据这些技术使用的方法不同，可以进一步划分成：空域空间检索技术、频域空间检索技术。
1.1 空域空间检索技术
空域空间的检索技术是最直接的检索技术，大多数检索技术都是基于空域空间的。基于空域空间的检索技术大多使用了统计学方法，通过统计数据来描述3D模型的形状特征。不同的检索技术使用了不同的统计计算方法。
1.2 频域空间检索技术
数字信号处理中，将信号从空域空间转换到频域空间进行处理是另外一种完全不同的处理方法，应用较为广泛。同样，在3D模型检索技术中也可以将3D模型转换到频域空间，在频域空间提取特征进行检索。频率空间检索技术有傅立叶变换、球面调和分析和小波变换。
（二） 基于拓扑结构的检索技术
拓扑结构也是3D模型的一个重要特征。基于拓扑结构的检索技术是比较3D模型的拓扑结构是否相似。这种方法的优点是同种物体、不同形状的3D模型由于拓扑结构相同，所以被认为是相似的，比如不同姿态的青蛙，由于拓扑结构相同，被认为是相似的。但缺点是形状相似的3D模型可能会被认为是不同的。比如两个树模型，一棵树比另一棵树多一个树枝，虽然形状相似，但是它们的拓扑结构不同，可能会被认为不相似。
（三） 基于图像比较的检索技术
基于内容的图像检索技术的研究比较成熟，提出了许多好的图像检索技术。3D模型检索技术的另外一种思路是将3D模型转化成ZD图像，借助成熟的ZD图像检索技术进行3D模型检索。严格来讲，从使用的3D模型的特征来看，基于图像比较的检索技术可以归入到基于形状的检索技术中。但是由于这类检索技术主要是基于ZD图像的比较，所以本文将其单独作为一类技术介绍。美国普林斯顿大学的Miln、台湾大学的Chen和德国Jobst都提出了基于图像比较的检索方法。这种方法可以提供友好的用户界面，用户可以在检索界面上绘制ZD图像，然后系统根据用户绘制的图像进行检索。这个方法的优点是用户操作简单，可以绘出多个不同方向的图像，利用多张图进行检索，提高检索的精确度。
三、3D模型检索系统实现
对3D模型检索技术研究的主要目的是能提供给用户实际可操作的3D模型检索系统，结合上面介绍的3D模型检索技术，本节开发了一个3D模型检索系统一3DMS（3DModeleSarhc）。下面将详细介绍3DMS的各个部分的实现细节和实验结果。
（一）3DMS系统结构
随着网络技术的发展，Internet网的速度越来越快，普及率越来越高，从Internet上查找信息越来越方便。因此3DMS系统是个基于Web的3D模型检索系统。
具体检索过程是：用户通过客户机，通过V尾b浏览器登录到W匕b服务器，研怂b服务器返回给用户检索界面，用户通过检索界面提交检索要求，检索要求传输到认范b服务器，web服务器的搜索引擎根据检索要求在SQLsever服务器中进行检索，并将检索结果返回给W亡b服务器，W七b服务器再将检索结果返回给用户。这里，客户机执行提交检索要求和显示检索结果的功能，客户机可以是任何可以连接SQLsevert的计算机Web服务器提供检索界面生成，文件下载，模型检索等功能；SQLsever服务器主要用来存放特征向量和数据库管理的功能。
（二） 数据库组织
特征向量数据库使用了比较简单的组织方式，由于采用的每种特征提取方法提取的3D模型特征都可以使用一个特征向量来表示，因此在数据库中可以用一张二维表来保存一种特征提取的所有3D模型的特征向量。
（三）检索界面
3DMS系统的检索界面使用了基于Web的网页检索界面，检索方式使用示例检索方式，用户可以通过三种方式获得示例3D模型：3D模型检索是近几年兴起的一个新的研究领域，国外虽然对此进行了比较多的研究，但是目前仍然处于起步阶段。从国内来说，这方面的相关研究工作还很少见，仅有少量的文献报道。本文对这一领域进行了比较深入的研究，在研究现有的3D模型检
索技术的基础之上，提出了三种具有创新性的3D模型检索技术。（1）直接输入一个3D模型的全局编号进行检索。（2）从返回的结果中选择一个3D模型继续进行检索。返回的每个缩略图下面都有该缩略图所对应的3D模型的全局编号和一个查找按钮图（一个放大镜）。（3）浏览检索系统提供的所有3D模型，从浏览的3D模型中选择一个3D模型进行检索。当选中“allmodels”单选项的时候，不管是在输入框中输入一个全局编号，还是通过鼠标点击查找按钮图获得的全局编号，检索系统都将返回该全局编号后的100个（包括该全局编号）3D模型。用户可以通过这种方式浏览所有的3D模型。
参考文献
[1] 肖俊，吴飞，庄越挺等.基于支持向量机与细节层次的三维地形识别与检索.计算机辅助设计与图形学学报，2003，15（4）.410一415.
[2] 王清华.Shockwave 3D三維动画技术在化学教学中的尝试[J].化学教学，2004（11）：38-40.