基于球面調(diào)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(diào)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(xué)、計算機視覺和信息檢索等領(lǐng)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(shù)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(fù)雜形狀變形時，檢索效果明顯下降。球面調(diào)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(yīng)用于天文學(xué)、計算機圖形學(xué)和物理學(xué)等領(lǐng)域。球面調(diào)和函數(shù)可以將球上任意函數(shù)展開成一組具有旋轉(zhuǎn)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(diào)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(nèi)容和研究思路本文將基于以下步驟，構(gòu)建基于球面調(diào)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(wǎng)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(shù)和離散余弦變換（DCT）的方法，計算模型的球面調(diào)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(shè)計與實現(xiàn)本文將探索基于球面調(diào)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(xué)習(xí)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(diào)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(yù)期成果本文預(yù)期達到以下成果：1.構(gòu)建一個基于球面調(diào)和的三維模型檢索系統(tǒng)，可實現(xiàn)基于關(guān)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(diào)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(diào)和系數(shù)在三維模型檢索中的應(yīng)用，揭示球面調(diào)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(diào)和的三維模型檢索方法在理論上已有一定基礎(chǔ)，但仍存在很多挑戰(zhàn)和難點，包括：1.如何計算出球面調(diào)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(diào)和系數(shù)與深度學(xué)習(xí)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(fù)雜度過高。本文將結(jié)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(diào)和的三維模型檢索系統(tǒng)。五、預(yù)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(yù)處理，同時開始研究球面調(diào)和系數(shù)的計算方法。2.2022年8月：完成球面調(diào)和系數(shù)的計算和可視化，開始研究檢索方法的設(shè)計和實現(xiàn)。3.2023年1月：完成基于球面調(diào)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(shè)計和結(jié)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