基于最大化可视信息的三维场景最佳视角自动获取方法

摘要

本发明提出了一种基于最大化可视信息的三维场景最佳视角自动获取方法。利用三维场景各顶点的曲率表征该场景的表面几何特征，并利用自适应的聚类方法求出该三维场景的特征区域。对于每个采样视点，评估其可视特征总量以及其对各特征区域的视觉显示效果，最终基于聚类算法和统计方法找出该观察该三维场景的最佳视角。该方法充分利用给定三维场景表面的几何特征信息，在获得最大可视信息量的同时兼顾每个特征区域的可视化质量，求出的最佳视角，充分满足人们观察三维场景的视觉需求。

主权项

1.一种基于最大化可视信息的三维场景最佳视角自动获取方法，其特征在于包含以下步骤：1）对给定的三维场景，确定其向上的方向即正方向，并就确定的正方向对该三维场景进行归一化；2）根据归一化后的三维场景，在单位球的上半球面对视点进行均匀采样；3）求出归一化后的三维场景表面各顶点的曲率，用以表征三维场景表面的几何特征；4）基于三维场景表面顶点曲率聚类的方法求取三维场景表面的特征区域，并采用各特征区域聚类中心的曲率值作为该区域的特征值，用以表征该区域的重要程度；5）基于主成分分析(PCA)方法对求出的三维场景各特征区域内部位置关系进行分析，求出各特征区域的特征向量，用以衡量步骤2）各采样视点对该特征区域的可视化质量；6）以看到最多的特征区域和获得最优的可视化质量为核心，提出基于特征区域特征值和特征区域可视化质量的能量函数，并基于统计的方法求取优化能量函数的最佳视角，具体执行步骤如下：第一步：对于步骤2）中得到的采样视点v_i∈V，利用步骤4）中求得的特征区域{C₁,C₂,...,C_N}∈M_c和对应的聚类中心{c₁，c₂,...,c_N}∈C，其中M_c定义为三维场景的曲率图，求出可视化特征信息能量函数VN(v_i)：[式一] 其中，κ_j表示聚类中心c_j的曲率值，N为总的特征区域个数，指标函数δ_j定义如下：[式二]第二步：对于步骤2）中得到的采样视点v_i∈V，利用步骤5）对每个特征区域C_i求得的特征向量{t_j，s_j,r_j}，求出三维场景M的可视化质量能量函数VF(v_i)：[式三]其中，{c₁，c₂,...,c_N}∈C为各个特征区域的聚类中心；第三步：利用第一步和第二步的结果，得到每个采样视点v_i∈V的能量函数f_i：[式四]f_i=VN(v_i)-ω·VF(v_i)其中VN(v_i)和VF(v_i)分别是第一步和第二步中求得的可视化特征信息能量函数和可视化质量能量函数，ω为可视化质量能量函数的权值；第四步：结合各采样视点v_i∈V的坐标和其对应的能量函数，定义一个4维特征向量用以描述该视点的可视信息：[式五] 其中，(x_i,y_i,z_i)是采样视点v_i的坐标，f_i为第三步求得的采样视点v_i对应能量函数；用均值漂移的聚类算法对特征向量做聚类，得到一系列聚类中心VC={VC₁,VC₂,...,VC_K}；第五步：遍历第四步求得的聚类中心VC={VC₁,VC₂,...,VC_K}，比较它们的能量函数项，定义最佳视角为：[式六]其中，f_i表示聚类中心VC_i∈VC的能量函数项；第六步：根据第五步求得的最佳视角利用其坐标信息对三维场景做平行投影，得到最佳视角的投影图。