點(diǎn)云數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化和重建優(yōu)化算法研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著三維測(cè)量技術(shù)不斷的發(fā)展，人們可以通過三維激光掃描儀快速而便捷的從實(shí)物模型中獲得大量的離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用逆向工程的技術(shù)可以對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的三維重建。逆向工程的主要步驟包括點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集，預(yù)處理和三維模型重建。該技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)領(lǐng)域的研究的熱點(diǎn)之一。在逆向工程中離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)化技術(shù)和三角網(wǎng)格的曲面重構(gòu)技術(shù)占有重要的地位。通過這兩方面的研究對(duì)提升逆向工程的數(shù)據(jù)預(yù)處理的能力和曲面重構(gòu)建模效率具有最要的意義。
　　本文主要研究點(diǎn)

2、云數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)化算法和以三角網(wǎng)格的曲面重構(gòu)算法，并應(yīng)用于嶺南灰塑作品模型三維重建中。由于灰塑作品不斷減少，建立灰塑數(shù)字化信息平臺(tái)來傳承和發(fā)揚(yáng)灰塑文化有著深遠(yuǎn)的意義。本文通過分析灰塑作品的幾何特征，利用三維掃描儀獲取的離散的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，這些點(diǎn)與點(diǎn)之間除了三維坐標(biāo)外沒有任何拓?fù)湫畔?。而且掃描出來的點(diǎn)大多是在百萬級(jí)以上，這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)包含大量的冗余信息，如果不對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，會(huì)對(duì)建模重構(gòu)帶來巨大的困難。這些冗余點(diǎn)會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)三維重建的質(zhì)量，會(huì)消耗

3、大量的計(jì)算機(jī)資源。針對(duì)這些問題，本文在參閱了一定數(shù)量的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)點(diǎn)云簡(jiǎn)化和曲面重構(gòu)進(jìn)行了深入的研究，并提出了一些新的優(yōu)化方法，具體研究?jī)?nèi)容總結(jié)如下：
　　1.針對(duì)傳統(tǒng)的k近鄰搜索算法具有不適合海量空間的離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)和計(jì)算量大等缺點(diǎn)。提出了點(diǎn)云數(shù)據(jù)k近鄰和曲率組合的快速點(diǎn)云簡(jiǎn)化算法。首先通過對(duì)空間包圍格進(jìn)行劃分，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)劃分成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的小柵格里，在小柵格內(nèi)還沒有完成k近鄰的搜索時(shí)，通過確定搜索范圍的方向，從而減小搜索

4、的范圍，這樣可以提高搜索的效率，然后計(jì)算點(diǎn)云數(shù)據(jù)在某處的曲率，運(yùn)用曲率精簡(jiǎn)原則簡(jiǎn)化點(diǎn)云數(shù)據(jù)，把刪除的點(diǎn)進(jìn)行重新采樣，把它們作為新的點(diǎn)加入到均勻網(wǎng)格法簡(jiǎn)化，最后將均勻網(wǎng)格法保留的點(diǎn)與曲率精簡(jiǎn)原則的點(diǎn)保留起來并合并在一起，這樣可以最大化的簡(jiǎn)化點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并且可以保留原有模型的幾何細(xì)節(jié)特征。
　　2.針對(duì)傳統(tǒng)的三角剖分效率不高，剖分得到的三角網(wǎng)格曲面細(xì)節(jié)特征表現(xiàn)不足且形狀無法控制。提出了一種三角剖分的優(yōu)化算法，該算法設(shè)置了一個(gè)新的評(píng)價(jià)函數(shù)

5、，用來控制三角網(wǎng)格的生長(zhǎng)情況。有效的保證生成的三角網(wǎng)格曲面比較平緩，并且保留了較多的細(xì)節(jié)特征,設(shè)置閾值距離，用來控制剖分時(shí)間。最后對(duì)三角網(wǎng)格曲面上的每個(gè)頂點(diǎn)都生成方向一致的法向量，保證重構(gòu)曲面的幾何一致性。
　　3.為了驗(yàn)證算法的合理性和有效性，在灰塑信息化平臺(tái)上，采用灰塑作品和其它兩種具有離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)的典型幾何特征模型作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，根據(jù)本文提出的點(diǎn)云數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化和三角網(wǎng)格重建算法，分別對(duì)它們進(jìn)行簡(jiǎn)化和重建實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了算法的可行性和高