基于光傳播Monte Carlo模擬的三維模型特征提取方法

劉洪豪, 劉賢喜, 張開興，2*, 盧 山， Lee Heow Pueh, 宋正河

1. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院， 山東 泰安 271018 2. 山東省農(nóng)業(yè)裝備智能化工程實(shí)驗(yàn)室， 山東 泰安 271018 3. Department of Mechanical Engineering, National University of Singapore, Singapore 117575, Singapore 4. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 北京 100083

引 言

三維模型特征提取是三維模型分類篩選的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]， 高精度特征提取方法可為三維重構(gòu)、 3D打印以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供技術(shù)參考。 特征提取的核心是利用不同維度方法分析并挖掘模型的形狀或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 建立與模型唯一對(duì)應(yīng)且具有高區(qū)分度的代表特征。 傳統(tǒng)的三維特征提取方法主要有數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)法[2]、 模型投影法[3]和拓?fù)浞治龇╗4]， 三種方法均不同程度提高了特征提取準(zhǔn)確度， 但該三種方法的特征分析只停留在模型表面， 無(wú)法綜合反映模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)屬性。

如何深入模型內(nèi)部， 并提取能夠反映三維模型表面屬性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的綜合特征信息已成為特征提取技術(shù)的研究焦點(diǎn)， 相關(guān)研究表明光具有較強(qiáng)的穿透特性， 光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)， 不同光譜波段的光會(huì)與介質(zhì)發(fā)生不同作用， 產(chǎn)生包括散射、 反射、 透射、 吸收等在內(nèi)的多種物理現(xiàn)象[5]， 而這些現(xiàn)象反映了物體材料屬性及物理形狀。 因此， 在一定空間內(nèi)模擬光與三維模型相互作用， 統(tǒng)計(jì)并分析能量吸收、 透射反射次數(shù)以及光傳播路徑等多種信息因子， 進(jìn)而可獲得一種代表性強(qiáng)、 區(qū)分度高的三維模型特征。

鑒于可見光獨(dú)特的傳播特性以及三維模型復(fù)雜多樣性， 本文使用蒙特卡羅法[6]模擬光在三維模型中傳播全過程， 將光譜分析理論與可見光傳播特性分析拓展到三維模型特征提取技術(shù)中， 提出一種新的三維模型特征提取方法。……