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. 山東農業大學機械與電子工程學院， 山東 泰安 271018 2. 山東省農業裝備智能化工程實驗室， 山東 泰安 271018 3. Department of Mechanical Engineering, National University of Singapore, Singapore 117575, Singapore 4. 中國農業大學工學院， 北京 100083

引 言

三維模型特征提取是三維模型分類篩選的關鍵環節[1]， 高精度特征提取方法可為三維重構、 3D打印以及虛擬現實技術提供技術參考。 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撲結構， 建立與模型唯一對應且具有高區分度的代表特征。 傳統的三維特征提取方法主要有數學統計法[2]、 模型投影法[3]和拓撲分析法[4]， 三種方法均不同程度提高了特征提取準確度， 但該三種方法的特征分析只停留在模型表面， 無法綜合反映模型內部結構屬性。

如何深入模型內部， 并提取能夠反映三維模型表面屬性和內部結構的綜合特征信息已成為特征提取技術的研究焦點， 相關研究表明光具有較強的穿透特性， 光在不同介質中傳播時， 不同光譜波段的光會與介質發生不同作用， 產生包括散射、 反射、 透射、 吸收等在內的多種物理現象[5]， 而這些現象反映了物體材料屬性及物理形狀。 因此， 在一定空間內模擬光與三維模型相互作用， 統計并分析能量吸收、 透射反射次數以及光傳播路徑等多種信息因子， 進而可獲得一種代表性強、 區分度高的三維模型特征。

鑒于可見光獨特的傳播特性以及三維模型復雜多樣性， 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中， 提出一種新的三維模型特征提取方法?！?br>