點云數(shù)據(jù)簡化和重建優(yōu)化算法研究與應用.pdf

1、隨著三維測量技術(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物模型中獲得大量的離散點云數(shù)據(jù)，利用逆向工程的技術(shù)可以對點云數(shù)據(jù)進行快速的三維重建。逆向工程的主要步驟包括點云數(shù)據(jù)的采集，預處理和三維模型重建。該技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)領(lǐng)域的研究的熱點之一。在逆向工程中離散點云數(shù)據(jù)的簡化技術(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提升逆向工程的數(shù)據(jù)預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

2、云數(shù)據(jù)的簡化算法和以三角網(wǎng)格的曲面重構(gòu)算法，并應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)字化信息平臺來傳承和發(fā)揚灰塑文化有著深遠的意義。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云數(shù)據(jù)，這些點與點之間除了三維坐標外沒有任何拓撲信息。而且掃描出來的點大多是在百萬級以上，這些點云數(shù)據(jù)包含大量的冗余信息，如果不對其進行簡化處理，會對建模重構(gòu)帶來巨大的困難。這些冗余點會嚴重影響后續(xù)三維重建的質(zhì)量，會消耗

3、大量的計算機資源。針對這些問題，本文在參閱了一定數(shù)量的國內(nèi)外文獻的基礎(chǔ)上，對點云簡化和曲面重構(gòu)進行了深入的研究，并提出了一些新的優(yōu)化方法，具體研究內(nèi)容總結(jié)如下：
　　1.針對傳統(tǒng)的k近鄰搜索算法具有不適合海量空間的離散點云數(shù)據(jù)和計算量大等缺點。提出了點云數(shù)據(jù)k近鄰和曲率組合的快速點云簡化算法。首先通過對空間包圍格進行劃分，將點云數(shù)據(jù)劃分成一個個獨立的小柵格里，在小柵格內(nèi)還沒有完成k近鄰的搜索時，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，然后計算點云數(shù)據(jù)在某處的曲率，運用曲率精簡原則簡化點云數(shù)據(jù)，把刪除的點進行重新采樣，把它們作為新的點加入到均勻網(wǎng)格法簡化，最后將均勻網(wǎng)格法保留的點與曲率精簡原則的點保留起來并合并在一起，這樣可以最大化的簡化點云數(shù)據(jù)，并且可以保留原有模型的幾何細節(jié)特征。
　　2.針對傳統(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)置了一個新的評價函數(shù)

5、，用來控制三角網(wǎng)格的生長情況。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節(jié)特征,設(shè)置閾值距離，用來控制剖分時間。最后對三角網(wǎng)格曲面上的每個頂點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.為了驗證算法的合理性和有效性，在灰塑信息化平臺上，采用灰塑作品和其它兩種具有離散點云數(shù)據(jù)的典型幾何特征模型作為實驗對象，根據(jù)本文提出的點云數(shù)據(jù)簡化和三角網(wǎng)格重建算法，分別對它們進行簡化和重建實驗，驗證了算法的可行性和高