基于均值漂移的三维网格分割算法(Mean Shift)
mean shift算法是一种强大的无参数离散数据点的聚类方法,其在图像平滑、图像分割以及目标跟踪等方面都有着广泛的应用。[Yamauchi et al. 2005]基于mean shift算法提出了一种网格分割方法,具体来说,给定一个三角网格,其面片重心和面片法向可以组成6维特征空间中的一系列离散点集,然后使用mean shift算法对其进行聚类,聚类后每个面片的法向可以修正为各自聚类中心的法向信息,最后基于面片修正法向进行网格分割。下面具体介绍该算法的过程。
给定一个由面片{Ti}所组成的三角网格M,其面片重心{ci}和面片法向{ni}组成R6空间中的离散点集χ = {(pi, qi) = (ci, ni)}。利用mean shift算法对其进行聚类之后,对每个聚类中心yi[c] = {(p, q)的法向部分归一化之后可以作为该类中三角面片的新法向。

修正后的面片法向有两个应用,一个是网格光顺,另一个是网格分割。对于网格分割应用,需要指定网格分割的区域数目。在初始化阶段,先随机选定各个区域的种子面片,然后迭代以下两个步骤直到收敛稳定。
1:区域增长
相邻三角面片Ti和Tj之间的距离定义为:
distance(Ti, Tj) = || Nmi – Nmj ||
其中Nm为利用mean shift算法得到的面片修正法向。
这样利用多源Dijkstra最短路算法可以为每个三角面片指定一个所属区域。
2:计算种子面片
区域增长完成后,需要重新计算每个区域的种子面片,新的种子面片为每个区域最中心的三角面片。因此该阶段相邻三角面片Ti和Tj之间的距离定义为:
distance(Ti, Tj) = || ci – cj ||
其中ci为三角面片Ti的重心。
这样每个区域可以找到一个距离边界最远的三角面片,即为新的种子面片。






图:(上左)原始网格 (上中)原始网格法向 (上右)mean shift聚类
(下左)网格修正法向 (下中)网格分割效果 (下右)网格光顺效果
参考文献:
[1] Hitoshi Yamauchi, Seungyong Lee, Yunjin Lee, Yutaka Ohtake, Alexander Belyaev, and Hans-Peter Seidel. 2005. Feature Sensitive Mesh Segmentation with Mean Shift. In Proceedings of the International Conference on Shape Modeling and Applications 2005 (SMI '05). IEEE Computer Society, Washington, DC, USA, 238--245.
附录
Mean-shift算法
利用某个概率密度函数f(x)采样得到一系列数据样本χ = (x1, x2, … , xn)∈Rd。假设我们需要估计这些样本的概率密度函数f(·),那么由核密度估计(kernel density estimation)方法可以近似得到其概率密度函数为:

其中K(x)称为核函数(kernel function),h为带宽(bandwidth)。核函数满足如下条件:
K(x) ≥ 0 并且 
一般核函数是满足径向对称(radially symmetric),即可以表示为:

其中k(x)称为分布函数(profile function),c为归一化参数。
于是概率密度函数可以转化成如下形式:

一般使用较多的核函数是Gaussian核函数和Epanechnikov核函数,其具体形式如下:
Gaussian核函数:


Epanechnikov核函数:

其中cd是d维单位球的体积。

假设将数据样本χ聚类成一系列簇,我们可以将聚类中心设定为概率密度函数的局部极值点,而寻找局部极值点的一个最简单方法就是梯度上升法。
对概率密度函数求导后得到:

其中g(x) = -k’(x),m(x)的形式如下:

上式中的m(x)就是所谓的mean shift向量,它的物理含义就是概率密度函数的梯度,也就是当前点的移动方向和大小。
利用mean shift算法进行聚类的过程分如下两步:
1. 对于每一个数据样本xi∈χ,初始化xi为yi[0];
2. 利用梯度上升方法计算yi[j]直到收敛,yi[j+1] = yi[j] + m(yi[j]),j = 0, 1, 2, …。
对于如下二维数据样本,利用核密度估计方法可以得到不同带宽下的概率密度函数分布,并且利用mean shift算法可以得到不同的聚类结果。

图:原始二维数据样本


图:bandwidth = 2和bandwidth = 0.8所对应的概率密度函数分布图


图:bandwidth = 2和bandwidth = 0.8所对应的mean shift聚类效果
上述mean shift算法有个简单的扩展,对于数据样本χ = {xi= (pi, qi): pi∈P, qi∈Q},每个样本由两部分内容组成,那么使用多元核密度估计(multivariate kernel density estimation)方法可以得到其概率密度函数为:

此时mean shift向量为:

参考:
http://blog.csdn.net/ttransposition/article/details/38514127
基于均值漂移的三维网格分割算法(Mean Shift)的更多相关文章
- 基于谱聚类的三维网格分割算法(Spectral Clustering)
谱聚类(Spectral Clustering)是一种广泛使用的数据聚类算法,[Liu et al. 2004]基于谱聚类算法首次提出了一种三维网格分割方法.该方法首先构建一个相似矩阵用于记录网格上相 ...
- [ZZ] 基于Matlab的标记分水岭分割算法
基于Matlab的标记分水岭分割算法 http://blog.sina.com.cn/s/blog_725866260100rz7x.html 1 综述 Separating touching obj ...
- 基于随机游走的三维网格分割算法(Random Walks)
首先以一维随机游走(1D Random Walks)为例来介绍下随机游走(Random Walks)算法,如下图所示,从某点出发,随机向左右移动,向左和向右的概率相同,都为1/2,并且到达0点或N点则 ...
- 基于模糊聚类和最小割的层次化三维网格分割算法(Hierarchical Mesh Decomposition)
网格分割算法是三维几何处理算法中的重要算法,具有许多实际应用.[Katz et al. 2003]提出了一种新型的层次化网格分割算法,该算法能够将几何模型沿着凹形区域分割成不同的几何部分,并且可以避免 ...
- 三维网格分割算法(Random Walks)
首先以一维随机游走(1D Random Walks)为例来介绍下随机游走(Random Walks)算法,如下图所示,从某点出发,随机向左右移动,向左和向右的概率相同,都为1/2,并且到达0点或N点则 ...
- 基于Matlab的标记分水岭分割算法
转自:http://blog.sina.com.cn/lyqmath 1 综述 Separating touching objects in an image is one of the more d ...
- 笔记:基于DCNN的图像语义分割综述
写在前面:一篇魏云超博士的综述论文,完整题目为<基于DCNN的图像语义分割综述>,在这里选择性摘抄和理解,以加深自己印象,同时达到对近年来图像语义分割历史学习和了解的目的,博古才能通今!感 ...
- Meanshift均值漂移算法
通俗理解Meanshift均值漂移算法 Meanshift车手?? 漂移?? 秋名山??? 不,不,他是一组算法, 今天我就带大家来了解一下机器学习中的Meanshift均值漂移. Mea ...
- opencv2对读书笔记——使用均值漂移算法查找物体
一些小概念 1.反投影直方图的结果是一个概率映射,体现了已知图像内容出如今图像中特定位置的概率. 2.概率映射能够找到最初的位置,从最初的位置開始而且迭代移动,便能够找到精确的位置,这就是均值漂移算法 ...
随机推荐
- iOS Storyboard创建APP 的国际化操作
Storyboard创建APP 的国际化操作 最近在看<X-code江湖录>这本书,看到了APP 国际化这点,刚刚也简单的实践了一下.现在和大家分享分享! 写的这个简单的Demo全都是用 ...
- Linux下connect超时处理【总结】
1.前言 最近在写一个测试工具,要求快速的高效率的扫描出各个服务器开放了哪些端口.当时想了一下,ping只能检测ip,判断服务器的网络是连通的,而不能判断是否开放了端口.我们知道端口属于网络的应用层, ...
- iphone在iframe页面的宽度不受父页面影响,避免撑开页面
工作中有个需求,就是产品页面通过iframe引用显示产品协议页,要求不要横向滑动,只需要竖向滑动,但在iphone中引用的iframe会撑开父页的宽度,而在android端浏览器这不会. <di ...
- [MongoDB] - mongod.exe参数详解
mongod.exe是启动mongodb的命令,我们可以通过mongod --help来查看帮助文档.下面是各个参数的对应中文解释.<基于Mongo3.0.5> 通用参数选项 -h/--h ...
- shell-早间学习,每日一点-5
http://www.cnblogs.com/liuling/p/2013-8-4-01.htmlhttp://www.cnblogs.com/stephen-liu74/category/32665 ...
- 关于synchronized、wait、notify已经notifyAll的使用
前言:关于synchronized.wait.notify已经notifyAll大家应该不陌生,现在我大致说一下我的理解. 一:synchronized synchronized中文解释是同步,那么什 ...
- jQuery给CheckBox全选与不全选
$(function(){ $("#checkAll").click(function() {//全选 $('input[name="DATA"]').prop ...
- nginx内置全局变量
nginx内置全局变量 $args 请求中的参数; $binary_remote_addr 远程地址的二进制表示 $body_bytes_sent 已发送的消 ...
- MySQL优化-一 、缓存优化
body { font-family: Helvetica, arial, sans-serif; font-size: 14px; line-height: 1.6; padding-top: 10 ...
- Bat再次小试
继<Bat小试牛刀>之后,今天又需要一个小的bat文件.需求是这样的,有一个windows服务(服务名:xxxx,进程映像名:xxxx.exe)被数据库拖慢了,但目前又没时间调整代码,所以 ...