如何用Python提取*.obj文件中的三维模型特征

论文涉及三维模型特征提取，之前一直在研究 Python 的一些库，希望从中找到方法，但是由于本人经验和能力有限一直没有突破，在这里求助各位如果有这方面的经验或者建议请给我些许指点，万分感谢。


如何用Python提取*.obj文件中的三维模型特征
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要提取OBJ文件的三维模型特征，得先解析文件格式。OBJ文件是文本格式，包含顶点坐标、纹理坐标、法线向量和面索引。

我用trimesh库来处理，这个库专门处理三维网格数据，比手动解析方便多了：

import trimesh
import numpy as np

def extract_obj_features(obj_file_path):
    # 加载OBJ文件
    mesh = trimesh.load(obj_file_path)
    
    features = {}
    
    # 1. 顶点特征
    vertices = mesh.vertices  # 顶点坐标 (n, 3)
    features['vertex_count'] = len(vertices)
    features['vertex_mean'] = np.mean(vertices, axis=0)
    features['vertex_std'] = np.std(vertices, axis=0)
    features['bounding_box'] = mesh.bounds  # 包围盒
    
    # 2. 面特征
    faces = mesh.faces  # 面索引 (m, 3)
    features['face_count'] = len(faces)
    
    # 3. 几何特征
    features['volume'] = mesh.volume
    features['surface_area'] = mesh.area
    features['center_mass'] = mesh.center_mass
    
    # 4. 拓扑特征
    features['euler_characteristic'] = mesh.euler_number
    features['is_watertight'] = mesh.is_watertight
    features['is_convex'] = mesh.is_convex
    
    # 5. 形状描述符
    # 主成分分析获取方向
    from sklearn.decomposition import PCA
    pca = PCA(n_components=3)
    pca.fit(vertices)
    features['pca_components'] = pca.components_
    features['pca_explained_variance'] = pca.explained_variance_ratio_
    
    # 6. 曲率特征（简化版）
    # 计算顶点法线
    vertex_normals = mesh.vertex_normals
    features['vertex_normals_mean'] = np.mean(vertex_normals, axis=0)
    
    return features

# 使用示例
if __name__ == "__main__":
    features = extract_obj_features("model.obj")
    
    # 打印特征
    for key, value in features.items():
        if isinstance(value, np.ndarray):
            print(f"{key}: shape={value.shape}")
        else:
            print(f"{key}: {value}")

如果你没有trimesh，先安装：pip install trimesh

这个函数提取了六类特征：

  1. 顶点统计：顶点数量、均值、标准差和包围盒
  2. 面信息：三角形面的数量
  3. 几何属性：体积、表面积和质心
  4. 拓扑特征：欧拉示性数、是否封闭、是否凸体
  5. 形状方向：通过PCA获取模型的主方向
  6. 曲率相关：顶点法线统计

对于更高级的特征，比如局部曲率、形状直径函数或光描述符，需要更复杂的算法。不过上面这些基础特征对于大多数分类、检索任务已经够用了。

简单说就是：用trimesh库解析OBJ，然后计算各种几何和拓扑属性作为特征。

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