基于幾何型的曲面重構(gòu)研究.pdf

1、作為逆向工程中實現(xiàn)數(shù)字化仿制和改進的一項重要技術(shù),自由曲面的重構(gòu)具有非常廣闊的應用前景。通常曲面重構(gòu)都是采用點、線、面的構(gòu)建模式,或者是基于網(wǎng)格的分塊重構(gòu),但是這些算法過程復雜并且精度難以保證。由此,本文研究了基于三角網(wǎng)格的幾何型的曲面重構(gòu)理論,它避免了點云的分塊、曲線擬合等繁瑣環(huán)節(jié)。
　　 為了提高測量速度,一般采用非接觸式測量方法,即利用激光掃描儀進行測量得到實物模型的大量點數(shù)據(jù)。本文首先對現(xiàn)有測量設(shè)備的原理、方法進行了研究

2、,并比較了各種測量手段。采用TDV800激光掃描儀作為測量儀器,測得的典型實物模型點云數(shù)據(jù)作為本文的研究對象。對采樣得到的點數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)點集拼合、濾波去噪、坐標變換以及數(shù)據(jù)精簡等點數(shù)據(jù)的預處理操作,以獲得質(zhì)量可靠、方便操作的散亂點云,并以實物模型進行了演示和驗證。
　　 在基于幾何型的曲面構(gòu)建的過程中,本文首先研究了計算幾何中基礎(chǔ)但很重要的凸包和Delaunay三角化來完成點集的細分。本文提出最值點細分法將點集進行區(qū)域

3、分割,找到點集的四個最值點,建立凸包頂點鏈表結(jié)構(gòu)進行存儲,同時最值點構(gòu)成的多邊形將其他點分成內(nèi)外兩個區(qū)域,區(qū)域內(nèi)部點都不是凸包頂點。利用最遠距離法找到每個外部區(qū)域邊界點,存入鏈表結(jié)構(gòu);不斷細分構(gòu)成的新區(qū)域,直到所有細分區(qū)域為空集。將凸包頂點鏈表結(jié)構(gòu)中的點按照逆時針矢量角度法進行排序,依次連接,完成凸包構(gòu)建,該算法能在判斷凸包頂點的同時排除非凸包頂點,大大簡化了構(gòu)建過程。本文提出三角形最小角最大化以及四點共圓的判斷準則,逐點掃描進行Del

4、aunay三角網(wǎng)的細分,建立點集之間的三角拓撲連接關(guān)系。
　　 在曲面重構(gòu)過程中,利用幾何型的思想進行曲面重構(gòu)的實現(xiàn)。首先將點集的空間拓撲結(jié)構(gòu)以STL格式進行存儲和調(diào)用。接著將三角拓撲數(shù)據(jù)進行單純形分類,通過計算每個單純形的最小外接球的半徑和球心信息,設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行存儲,并確定α取值區(qū)間。本文設(shè)計人機交互的選擇方式,用戶可以選取不同的調(diào)節(jié)α球作為構(gòu)建參數(shù),實現(xiàn)曲面構(gòu)建,該算法避免了繁瑣的曲線計算,加快重構(gòu)的過程。針對非均勻采樣

5、的點集,利用局部比例因子γ來調(diào)節(jié)全局α球,首先計算采樣點到其負極點之間的距離并將其作為每個點處的γ,為避免因采樣不均勻而產(chǎn)生的曲面空洞和橋接,將單純形各個頂點中最小的γ值作為該單純形的局部比例因子γ進行點集的γ幾何型構(gòu)建。
　　 針對本文的算法研究,結(jié)合可視化圖形OpenGL應用軟件,采用VC++6.0編程軟件,對基于幾何型進行的曲面重構(gòu)進行了軟件系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計。通過實物掃描的點云數(shù)據(jù),演示了軟件的界面設(shè)計以及可操作性,并實現(xiàn)