三維數(shù)據(jù)場(chǎng)的三維重建與模型的虛擬切割研究.pdf

1、三維數(shù)據(jù)場(chǎng)的三維重建以及三維模型的虛擬切割是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)問(wèn)題?？茖W(xué)計(jì)算與工程測(cè)量所得數(shù)據(jù)場(chǎng)往往是三維數(shù)據(jù)場(chǎng)，由三維數(shù)據(jù)場(chǎng)重建等值面或是被測(cè)量物體的三維模型，可以更加直觀的分析與處理數(shù)據(jù)。虛擬切割操作是一種重要的交互式操作手段，一方面對(duì)三維模型進(jìn)行虛擬切割可以消除模型不同部分的相互遮擋，方便進(jìn)行觀察；另一方面對(duì)三維模型進(jìn)行虛擬切割還可以模擬對(duì)真實(shí)對(duì)象的切割過(guò)程，得到最佳的操作方案。本文探討了如何由三維數(shù)據(jù)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)三維重建，以及三維模型

2、數(shù)據(jù)的后處理技術(shù)。針對(duì)表面模型所包含的三角形數(shù)量巨大的問(wèn)題，提出了網(wǎng)格簡(jiǎn)化算法。并提出了一種基于原始數(shù)據(jù)分割的虛擬切割算法。本文主要有以下一些工作：
　　 (1)針對(duì)MC算法生成的等值面是散亂三角形，并且不能反映三角形之間的連接關(guān)系，也不能有效的區(qū)分子等值面的缺點(diǎn)。首先采用排序歸并算法，歸并頂點(diǎn)數(shù)據(jù)。根據(jù)相鄰三角形共有頂點(diǎn)的特性，確定三角形之間的連接關(guān)系。根據(jù)屬于同一個(gè)子等值面的三角形相互連接的特性，采用種子算法，將屬于不同子等

3、值面數(shù)據(jù)進(jìn)行分組。采用頂點(diǎn)表與三角形表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存放子等值面的數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)MC算法生成數(shù)據(jù)的分組與網(wǎng)格化。
　　 (2)在MC算法原理的基礎(chǔ)上，提出一種改進(jìn)的等值面提取與子等值面分組算法。首先將三維數(shù)據(jù)場(chǎng)分解為點(diǎn)、棱邊、面與體元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在整個(gè)三維數(shù)據(jù)場(chǎng)范圍內(nèi)求所有棱邊與等值面的交點(diǎn)，在面內(nèi)連接交點(diǎn)形成面與等值面的交線，交線在體元內(nèi)連接生成空間多邊形。三角化各個(gè)體元內(nèi)的空間多邊形得到由頂點(diǎn)表與三角形表組成的等值面數(shù)據(jù)。根據(jù)三

4、角形在頂點(diǎn)處的連接關(guān)系，采用種子算法對(duì)屬于同一子等值面的三角形與頂點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，屬于同一子等值面的頂點(diǎn)與三角形將被存放在獨(dú)立的頂點(diǎn)表與三角形表中。
　　 (3)在初始網(wǎng)格上提取控制點(diǎn)控制網(wǎng)格簡(jiǎn)化，以初始網(wǎng)格的三角形的中心點(diǎn)作為第一類控制點(diǎn)，以特征邊的頂點(diǎn)作為第二類控制點(diǎn)。在網(wǎng)格內(nèi)每個(gè)控制點(diǎn)有唯一對(duì)應(yīng)的受控制三角形，每個(gè)三角形擁有第一類控制點(diǎn)集合與第二類控制點(diǎn)集合。提出兩種的網(wǎng)格簡(jiǎn)化算法：第一種網(wǎng)格簡(jiǎn)化算法以控制點(diǎn)與受控三角形之間的

5、距離作為簡(jiǎn)化誤差，根據(jù)設(shè)定的三角形權(quán)重，按照順序進(jìn)行三角形折疊操作，簡(jiǎn)化操作后必須滿足控制點(diǎn)到受控三角形的距離小于閾值；第二種網(wǎng)格簡(jiǎn)化算法通過(guò)設(shè)定網(wǎng)格能量控制函數(shù)，采用基于三角形折疊與頂點(diǎn)刪除相結(jié)合的網(wǎng)格簡(jiǎn)化操作，網(wǎng)格簡(jiǎn)化必須滿足網(wǎng)格能量控制函數(shù)值降低的要求。
　　 (4)提出一種三維模型的虛擬切割算法。在三維數(shù)據(jù)場(chǎng)內(nèi)，首先根據(jù)屬于同一個(gè)子物體的數(shù)據(jù)點(diǎn)之間六連通特性，對(duì)屬于不同子物體的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)子物體數(shù)據(jù)的分組。對(duì)屬于