海量點云曲面增量拓?fù)渲亟?/H1>
發(fā)布時間：2019-08-09 06:24
【摘要】：針對現(xiàn)有的曲面重建算法難以兼顧大規(guī)模采樣數(shù)據(jù)的重建效率與重建曲面拓?fù)湔_性的問題,提出一種基于局部Delaunay網(wǎng)格剖分的曲面增量重建算法.該算法采用波前擴展的策略,通過波前環(huán)的擴張、分裂、重疊面片的消除等步驟,將局部重建過程傳播至每個樣點的鄰近區(qū)域,獲得插值于采樣點集的二維定向流形網(wǎng)格曲面,實現(xiàn)整個采樣點集的增量拓?fù)渲亟?在曲面局部重建過程中,分別基于局部區(qū)域的Cocone算法與二維投影點集的Delaunay網(wǎng)格剖分方法重建曲面的尖銳區(qū)域與平坦區(qū)域,其中局部區(qū)域重建曲面網(wǎng)格的邊界的正確性由區(qū)域之外的少量輔助樣點保護.實驗結(jié)果表明,文中算法具有較高的重建效率,適用于封閉和非封閉海量點云數(shù)據(jù)的重建;且在采樣密度符合要求的情況下,重建的網(wǎng)格曲面與原表面拓?fù)渫瑯?gòu).
【圖文】：
建正確性的關(guān)鍵在于對該樣本邊界區(qū)域樣點進行正確的法向估計,而樣點的Voronoi鄰點的完整性是利用極點進行正確法向估計的前提.因此,對于局部樣本邊界區(qū)域的樣點,為實現(xiàn)正確的Cocone重建,首先應(yīng)保證其具有完整的Voronoi鄰點.設(shè)采樣點集為S,局部樣本(p)為S的一個子集,對(p)進行Delaunay三角剖分后獲得的局部重建面片集合為D((p)).對于局部重建樣本(p)中的任一點p,其在S中的Voronoi鄰域點集為()vNp,k鄰域點集為()kNp.點p的()vNp難以直接獲取,但對于均勻采樣的點集,可適當(dāng)選取k值,使得()()kvNpNp,如圖1所示.當(dāng)p位于(p)的局部邊界區(qū)域時,其k鄰域點集中q,并且(),kqNpq(p).為保證對(p)進行Cocone重建過程中任一點p的法向均能正確估計,需對原始局部樣本(p)邊界樣點適度擴增.此處將對(p)進行擴增而添加的樣點稱作輔助點.在局部重建過程中,為使(p)中的每個樣點的法向都能正確估計,需保證對于p(p),其()kNp均存在于擴增后的局部樣本中.圖1實物樣點Voronoi鄰域點集和k鄰域點集將特定樣點p的k鄰域點集作為局部樣本(p),其輔助點的添加可通過對p鄰域點集搜索范圍的適度擴大來實現(xiàn).設(shè)k為獲取(p)時所需的鄰域點集數(shù)量,k為輔助點添加過程中領(lǐng)域點集數(shù)量,局部樣本擴增的具體流程如下:Step1.對樣點p進行初次k鄰域搜索,所得近鄰點集作為初始局部樣本(p).Step2.再次對p進行k鄰域搜索,獲得()kNp.Step3.提取任一點()ikpNp,若()ipp,則()(){}ippp.在上述局部樣本擴增過程中,添加到(p)中的樣點即為輔助點.2局部重建獲得擴增的局部樣本后,為進行局部重建,首先對該樣本進行Delaunay三角剖分,并在Cocone檢測步驟中只保留3個頂點不含輔助點的面片,可得到符合要求的
2120計算機輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報第29卷對(p)構(gòu)建參考平面F時,若(p)為首次獲取的局部樣本,則F可通過任取該樣本中不共線的3點來確定;否則根據(jù)獲取該樣本的特定樣點p及其法向來構(gòu)建F.局部樣本(p)的局部重建效果如圖2所示.圖2局部重建示意圖3曲面增量拓?fù)渲亟ɑ谳o助點添加保證了局部重建結(jié)果的正確性,通過波前環(huán)的擴張與分裂可增量重建整個采樣點集.在增量重建過程中,為過濾已重建區(qū)域中的樣點,需對樣點狀態(tài)進行標(biāo)記.根據(jù)該過程中樣點所處階段的不同,可將其分為飽和點、自由點、波前點和邊界點;其中自由點為未重建區(qū)域的樣點,飽和點為已重建區(qū)域內(nèi)的樣點.提取已重建區(qū)域邊界作為波前環(huán),將波前環(huán)上的點作為波前點.當(dāng)波前環(huán)擴展到重建曲面邊界時,波前點轉(zhuǎn)化為邊界點.此外,對于海量點云數(shù)據(jù),為提升局部樣本獲取效率,可采用R*樹[19]作為空間索引.綜上所述,曲面增量拓?fù)渲亟ㄋ惴ǖ耐暾鞒倘缦?Step1.利用R*樹構(gòu)建輸入點集S的空間索引,并將S中樣點狀態(tài)初始化為自由點.Step2.選取點集S中z坐標(biāo)值最大的樣點0p作為初始點.Step3.求取0p的局部樣本0(p)并對該樣本進行局部重建,得到初始重建網(wǎng)格0D((p)).Step4.提取0D((p))的波前環(huán),并將其向0(p)的最小二乘擬合微切平面投影.調(diào)整投影點連接次序使之與0p的法向滿足右手螺旋準(zhǔn)則,進而確定波前環(huán)環(huán)向,并將0D((p))添加到重建網(wǎng)格面片集合Q中.Step5.遍歷波前環(huán)鏈表,獲取首個非邊界樣點標(biāo)記的波前點rp.若rp不存在,轉(zhuǎn)Step9;否則,執(zhí)行下一步.Step6.求取rp的k鄰域點集,剔除其中標(biāo)記為飽和點的樣點.若剩余點集為空,則將rp標(biāo)記為邊界點,轉(zhuǎn)Step8;否則,對剩余點集進行擴增并將擴增后點集作為波前局部樣本r(p).Step7.對r
【作者單位】： 山東理工大學(xué)機械工程學(xué)院;西安交通大學(xué)機械工程學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(51575326)
【分類號】：TP391.7
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7 劉煒p，
本文編號：2524621
本文鏈接：http://www.sikaile.net/kejilunwen/ruanjiangongchenglunwen/2524621.html
【圖文】：
建正確性的關(guān)鍵在于對該樣本邊界區(qū)域樣點進行正確的法向估計,而樣點的Voronoi鄰點的完整性是利用極點進行正確法向估計的前提.因此,對于局部樣本邊界區(qū)域的樣點,為實現(xiàn)正確的Cocone重建,首先應(yīng)保證其具有完整的Voronoi鄰點.設(shè)采樣點集為S,局部樣本(p)為S的一個子集,對(p)進行Delaunay三角剖分后獲得的局部重建面片集合為D((p)).對于局部重建樣本(p)中的任一點p,其在S中的Voronoi鄰域點集為()vNp,k鄰域點集為()kNp.點p的()vNp難以直接獲取,但對于均勻采樣的點集,可適當(dāng)選取k值,使得()()kvNpNp,如圖1所示.當(dāng)p位于(p)的局部邊界區(qū)域時,其k鄰域點集中q,并且(),kqNpq(p).為保證對(p)進行Cocone重建過程中任一點p的法向均能正確估計,需對原始局部樣本(p)邊界樣點適度擴增.此處將對(p)進行擴增而添加的樣點稱作輔助點.在局部重建過程中,為使(p)中的每個樣點的法向都能正確估計,需保證對于p(p),其()kNp均存在于擴增后的局部樣本中.圖1實物樣點Voronoi鄰域點集和k鄰域點集將特定樣點p的k鄰域點集作為局部樣本(p),其輔助點的添加可通過對p鄰域點集搜索范圍的適度擴大來實現(xiàn).設(shè)k為獲取(p)時所需的鄰域點集數(shù)量,k為輔助點添加過程中領(lǐng)域點集數(shù)量,局部樣本擴增的具體流程如下:Step1.對樣點p進行初次k鄰域搜索,所得近鄰點集作為初始局部樣本(p).Step2.再次對p進行k鄰域搜索,獲得()kNp.Step3.提取任一點()ikpNp,若()ipp,則()(){}ippp.在上述局部樣本擴增過程中,添加到(p)中的樣點即為輔助點.2局部重建獲得擴增的局部樣本后,為進行局部重建,首先對該樣本進行Delaunay三角剖分,并在Cocone檢測步驟中只保留3個頂點不含輔助點的面片,可得到符合要求的
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【作者單位】： 山東理工大學(xué)機械工程學(xué)院;西安交通大學(xué)機械工程學(xué)院;
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【分類號】：TP391.7
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7 劉煒p，
本文編號：2524621
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