基于球面調和的三維模型檢索系統(tǒng)研究與實現(xiàn)的開題報告

基于球面調和的三維模型檢索系統(tǒng)研究與實現(xiàn)的開題報告一、研究背景和意義三維模型檢索是計算機圖形學、計算機視覺和信息檢索等領域交叉的一個熱門研究方向。隨著三維建模工具和3D打印技術的普及，越來越多的三維模型數(shù)據(jù)被創(chuàng)建和共享，如何快速、準確的檢索到所需的三維模型變得日益重要。傳統(tǒng)的三維模型檢索方法，如形狀描述符、局部特征等，都存在一定的局限性，尤其是在考慮復雜形狀變形時，檢索效果明顯下降。球面調和函數(shù)（SphericalHarmonics，簡稱SH）是一種基于球面上的函數(shù)展開形式，廣泛應用于天文學、計算機圖形學和物理學等領域。球面調和函數(shù)可以將球上任意函數(shù)展開成一組具有旋轉不變性的系數(shù)，這些系數(shù)可以在不改變球面函數(shù)的整體形狀的前提下，描述球面上局部細節(jié)特征和全局形狀信息，非常適合用于三維模型表征和描述。本文將探索基于球面調和的三維模型檢索方法，旨在提高三維模型檢索的精度和效率。二、主要內容和研究思路本文將基于以下步驟，構建基于球面調和的三維模型檢索系統(tǒng)：1.數(shù)據(jù)集的準備本文將使用大規(guī)模三維模型數(shù)據(jù)集進行實驗，包括多種不同類型的模型，如人體、建筑、車輛等。首先需要對數(shù)據(jù)集進行處理和準備，包括數(shù)據(jù)清洗、網格重建等工作。2.SH系數(shù)的計算與可視化本文將使用基于區(qū)域分解技術和離散余弦變換（DCT）的方法，計算模型的球面調和系數(shù)。同時，還需要對計算出來的系數(shù)進行可視化，以便觀察不同級別的系數(shù)對于模型形狀的影響。3.檢索方法的設計與實現(xiàn)本文將探索基于球面調和的三維模型相似度度量方法，包括歐氏距離、余弦相似度等。同時，本文還將嘗試基于深度學習的三維模型相似度度量方法。最后，本文將實現(xiàn)一個基于球面調和的三維模型檢索系統(tǒng)，并測試系統(tǒng)的檢索效果和效率。三、預期成果本文預期達到以下成果：1.構建一個基于球面調和的三維模型檢索系統(tǒng)，可實現(xiàn)基于關鍵詞和物體形狀的三維模型檢索。2.探索和評估基于球面調和的三維模型相似度度量方法的效果和穩(wěn)定性，比較不同度量方法的檢索性能。3.研究球面調和系數(shù)在三維模型檢索中的應用，揭示球面調和函數(shù)在三維模型描述和表征方面的優(yōu)點和局限性。四、可行性分析與研究難點基于球面調和的三維模型檢索方法在理論上已有一定基礎，但仍存在很多挑戰(zhàn)和難點，包括：1.如何計算出球面調和系數(shù)的組合方式，以獲得更具代表性的系數(shù)。2.如何確定計算系數(shù)的階數(shù)，以實現(xiàn)模型表征的平衡性和層次性。3.如何將球面調和系數(shù)與深度學習方法進行整合，進一步提高模型檢索效果和效率。4.如何在海量三維模型數(shù)據(jù)集中實現(xiàn)高效的相似度搜索，避免計算復雜度過高。本文將結合理論研究和實驗驗證，解決上述問題，最終實現(xiàn)一個穩(wěn)定、高效的基于球面調和的三維模型檢索系統(tǒng)。五、預計完成時間節(jié)點本文的研究時間為一年，具體時間節(jié)點如下：1.2022年5月：完成數(shù)據(jù)集清洗和預處理，同時開始研究球面調和系數(shù)的計算方法。2.2022年8月：完成球面調和系數(shù)的計算和可視化，開始研究檢索方法的設計和實現(xiàn)。3.2023年1月：完成基于球面調和的三維模型檢索系統(tǒng)的實現(xiàn)。4.2023年4月：完成實驗設計和結果分析，撰寫畢業(yè)論文。5.2023年6月：完成畢業(yè)論文和答辯。六、參考文獻1.YulanGuo,KaipingZheng,TobiasSchreck,andTinoWeinkauf.SphericalHarmonicGradientsforEfficientShapeDescriptorComputation.IEEETrans.Vis.Comput.Graph.23(11),2017.2.YiqunHu,XiangyangJi,BinghuiWang,HaoZhang,HonganWang.ACompactRepresentationforCharacterizingUnicellularOrganismsBasedonSpatialDistributionofaHandfulofGeometricFeatures.IEEETrans.Vis.Comput.Graph.27(1),2021.3.Hua-JunZeng,JiangHe,Qing-YaoWu,Zheng-HuaTan,andHong-YuanMarkLiao.Asurveyon3Dshaperetrievalmethods.MultimediaToolsandApplications,57(3),pp.653-690,May2012.4.JianminZhengandXianfengDavidGu.SpectraltheoryofLaplacianandmultidimensionalharmonicanalysisforshapeanalysis.SIAMRev.,52(4),pp.649-699,2010.5.RongZhang,WenhuiLiao,SongZhang,andWenpingWang.Ef