A new 3D shape descriptor based on depth complexity and thickness information

Abstract

Geometric models play a vital role in several fields, from the entertainment industry to scientific applications. To reduce the high cost of model creation, reusing existing models is the solution of choice. Model reuse is supported by content-based shape retrieval (CBR) techniques that help finding the desired models in massive repositories, many publicly available on the Internet. Key to efficient and effective CBR techniques are shape descriptors that accurately capture the characteristics of a shape and are able to discriminate between different shapes. We present a descriptor based on the distribution of two global features measured on a 3D shape, depth complexity and thickness, which respectively capture aspects of the geometry and topology of 3D shapes. The final descriptor, called DCT (depth complexity and thickness histogram), is a 2D histogram that is invariant to the translation, rotation and scale of geometric shapes. We efficiently implement the DCT on the GPU, allowing its use in real-time queries of large model databases. We validate the DCT with the Princeton and Toyohashi Shape Benchmarks, containing 1815 and 10000 models respectively. Results show that DCT can discriminate meaningful classes of these benchmarks, and is fast to compute and robust against shape transformations and different levels of subdivision and smoothness.

Modelos geométricos desempenham um papel fundamental em divérsas áreas, desde a indústria do entretenimento até aplicações científicas. Para reduzir o elevado custo de criação de um modelo 3D, a reutilização de modelos existentes é a solução ideal. Recuperação de modelos 3D utilizam técnicas baseadas em conteúdo (do inglês CBR) que auxiliam a busca de modelos desejados em repositórios massivos, muitos disponíveis publicamente na Internet. Pontos principais para técnicas CBR eficientes e eficazes são descritores de forma que capturam com precisão as características de uma forma 3D e são capazes de discriminar entre diferentes formas. Nós apresentamos um descritor com base na distribuição de duas características globais, extraídas de uma forma 3D, depth complexity e thickness, que, respectivamente, capturam aspectos da topologia e da geometria das formas 3D. O descritor final, chamado DCT (depth complexity and thickness histogram), é um histograma 2D invariante a translações, rotações e escalas das formas geométricas. Nós eficientemente implementamos o DCT na GPU, permitindo sua utilização em consultas em tempo real em grandes bases de dados de modelos 3D. Nós validamos o DCT com as Princeton e Toyohashi Forma Benchmarks, contendo 1815 e 10000 modelos respectivamente. Os resultados mostram que DCT pode discriminar classes significativas desses benchmarks, é rápido e robusto contra transformações de forma e diferentes níveis de subdivisão e suavidade dos modelos.