發(fā)布時(shí)間：2020-08-08 22:09

【摘要】：隨著三維激光掃描精度的不斷提高,三維激光掃描技術(shù)被大量應(yīng)用在地鐵隧道變形監(jiān)測(cè)、工業(yè)零件檢測(cè)、古文物三維重建等對(duì)精度要求較高的行業(yè)。由于三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)具有高精度性和高密度性,使得點(diǎn)云數(shù)據(jù)量越來越龐大,給點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理與應(yīng)用帶來了一系列的難題。因此,研究保留特征的點(diǎn)云精簡(jiǎn)算法是解決點(diǎn)云數(shù)據(jù)應(yīng)用的關(guān)鍵。然而,隨著精簡(jiǎn)率的提高,精簡(jiǎn)后點(diǎn)云數(shù)據(jù)與原始點(diǎn)模型的誤差逐漸增大,導(dǎo)致精簡(jiǎn)后的點(diǎn)云構(gòu)建的三維模型的精度也逐漸降低,為了既能夠精簡(jiǎn)點(diǎn)云又能保證模型的精度,就需要提升網(wǎng)格精度。本文針對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精簡(jiǎn)及精簡(jiǎn)后點(diǎn)云構(gòu)建三角網(wǎng)格優(yōu)化問題展開研究,研究?jī)?nèi)容如下:1.本文針對(duì)點(diǎn)云精簡(jiǎn)算法在處理散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)時(shí)特征保留不完整和對(duì)小曲率點(diǎn)云精簡(jiǎn)造成數(shù)據(jù)空洞問題,提出了一種融合k-means聚類和Hausdorff距離的點(diǎn)云精簡(jiǎn)算法。該算法利用八叉樹建立散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)的鄰接拓?fù)潢P(guān)系和k鄰域,采用Hausdorff距離對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)的主曲率進(jìn)行分析確定特征區(qū)域,根據(jù)精簡(jiǎn)比例設(shè)定閾值對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行初步精簡(jiǎn),最后利用k-means聚類對(duì)初步精簡(jiǎn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)處理得到最終的精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法能較好的保持原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)的幾何特征,并且精簡(jiǎn)點(diǎn)云分布均勻,避免了過精簡(jiǎn)造成數(shù)據(jù)空洞。2.針對(duì)高精度、高保真的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在精簡(jiǎn)后點(diǎn)云數(shù)據(jù)重構(gòu)網(wǎng)格精度降低誤差增大的問題,提出了面向點(diǎn)云數(shù)據(jù)的復(fù)雜幾何模型對(duì)象優(yōu)化方法。該方法首先利用八叉樹法構(gòu)建點(diǎn)云的索引以及建立點(diǎn)云與格網(wǎng)的拓?fù)潢P(guān)系,并利用原始模型與精簡(jiǎn)后點(diǎn)云數(shù)據(jù)重建模型頂點(diǎn)歐式距離度量的方法計(jì)算重構(gòu)網(wǎng)格的誤差,然后根據(jù)預(yù)期精度去確定需要優(yōu)化的網(wǎng)格,接著利用面片劃分法(增點(diǎn)法)對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)分,最后根據(jù)插入點(diǎn)公式對(duì)預(yù)插入點(diǎn)進(jìn)行重新定位,以誤差最小的點(diǎn)作為插入點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明:利用本文方法對(duì)兔子和龍進(jìn)行一次細(xì)分使得精簡(jiǎn)率90%兔子重構(gòu)網(wǎng)格誤差由0.81mm提升到0.48mm,精簡(jiǎn)率90%龍重構(gòu)網(wǎng)格誤差由0.36mm提升到0.11mm。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN249
【圖文】：

兔子點(diǎn)云

據(jù)中所有點(diǎn)都計(jì)算完畢。本文在 3.2.1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)法向量計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用 Matlab 對(duì)點(diǎn)云法向量進(jìn)行處理，根據(jù)不同的精簡(jiǎn)程度設(shè)定閾值，本文實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用斯坦福大學(xué)兔子點(diǎn)云，共有 31607 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。在此本文選用精簡(jiǎn)率分別為 10%、30%和 45%對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡(jiǎn)，結(jié)果如圖 3.2 所示：（a）原始兔子點(diǎn)云數(shù)據(jù) （b）精簡(jiǎn)率 10%兔子點(diǎn)云

.1 曲率的估算對(duì)于點(diǎn)云數(shù)據(jù)，目標(biāo)點(diǎn)的曲率越大表明目標(biāo)點(diǎn)包含物體大量的特征信可以用來區(qū)分點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特征點(diǎn)和非特征點(diǎn)并且對(duì)于點(diǎn)云數(shù)據(jù)中每個(gè)率是唯一，曲率被大量用在特征保留的點(diǎn)云精簡(jiǎn)算法中。曲率是針對(duì)曲線上某個(gè)點(diǎn)的切線方向角對(duì)弧長(zhǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)率，而點(diǎn)云數(shù)據(jù)的點(diǎn)集。對(duì)于有序的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以通過鄰域點(diǎn)集直接對(duì)曲率進(jìn)行估以對(duì)鄰域點(diǎn)集進(jìn)行曲面擬合進(jìn)行計(jì)算。而對(duì)于散亂無(wú)序的點(diǎn)云數(shù)據(jù)則拓?fù)潢P(guān)系，其曲率值只能通過局部曲面擬合和曲線的曲率估算。本文研究數(shù)據(jù)是散亂無(wú)序的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用章節(jié) 3.1、3.2 和 3.3 中計(jì)得到曲面方程計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)的切平面法向量，進(jìn)一步得到目標(biāo)點(diǎn)處的切平數(shù)據(jù)目標(biāo)點(diǎn)局部曲率及其鄰域點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特性如圖 3.3 所示，目標(biāo)點(diǎn) 的， 的鄰域內(nèi)點(diǎn) 與 構(gòu)成的直線與切平面的夾角越大；反之，目標(biāo)點(diǎn)域上的數(shù)據(jù)點(diǎn)的曲率越小， 的鄰域內(nèi)點(diǎn) 與 構(gòu)成的直線與切平面的[57]；

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉亞文;覃蘇舜;;點(diǎn)云數(shù)據(jù)稀疏區(qū)域建筑物立面重建方法[J];應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào);2017年02期

2 劉尚蔚;朱小超;張永光;魏群;;多片點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接處理技術(shù)的研究[J];水利與建筑工程學(xué)報(bào);2014年01期

3 張習(xí)民;余小清;萬(wàn)旺根;張娟;;壓縮感知點(diǎn)云數(shù)據(jù)壓縮[J];應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào);2014年05期

4 康蘭;馮亞娟;陳正鳴;;多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)快速對(duì)齊方法[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與研究;2009年01期

5 鄭德華;;點(diǎn)云數(shù)據(jù)直接縮減方法及縮減效果研究[J];測(cè)繪工程;2006年04期

6 宇超群;門葆紅;王鑫;;海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)分布式并行處理技術(shù)綜述[J];信息工程大學(xué)學(xué)報(bào);2018年05期

7 張東;;基于球域膨脹的點(diǎn)云數(shù)據(jù)平面提取[J];工程技術(shù)研究;2018年11期

8 宣偉;;地面激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)與三維模型快速重建技術(shù)研究[J];測(cè)繪學(xué)報(bào);2017年12期

9 孫瑞;張貴豪;陳普智;;三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精簡(jiǎn)方法探討[J];黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2018年02期

10 諶鵬;;點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成軟件的設(shè)計(jì)及其在月餅?zāi)＞吣嫦蛟O(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用[J];制造技術(shù)與機(jī)床;2017年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 胡文慶;施昆;曹影;;模糊C-均值聚類對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分割[A];云南省測(cè)繪地理信息學(xué)會(huì)2015年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2015年

2 張飛飛;車翔玖;左文品;;基于B樣條曲線的點(diǎn)云數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化方法[A];第五屆全國(guó)幾何設(shè)計(jì)與計(jì)算學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

3 胡志杰;石鵬飛;李廣偉;羌鑫林;;車載點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動(dòng)分類提取與應(yīng)用研究[A];第十一次江蘇科技論壇智慧城市與大數(shù)據(jù)應(yīng)用分論壇論文集[C];2015年

4 曹天賜;李慶莉;龔緒龍;葛云峰;盧毅;陳勇;張芷薇;劉智超;聞煉;;基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的地裂縫監(jiān)測(cè)對(duì)象提取研究——以江蘇無(wú)錫光明村為例[A];2018年全國(guó)工程地質(zhì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2018年

5 張萍;;逆向工程中基于聚類的點(diǎn)云數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)[A];2010年西南三省一市自動(dòng)化與儀器儀表學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2010年

6 葛振華;王鵬;孫建;王紀(jì)凱;陳宗海;;點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)算法綜述[A];第17屆中國(guó)系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（17th CCSSTA 2016）[C];2016年

7 劉佳;張愛武;楊麗萍;;室內(nèi)場(chǎng)景激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維建模[A];《測(cè)繪通報(bào)》測(cè)繪科學(xué)前沿技術(shù)論壇摘要集[C];2008年

8 孟麗芬;;3D逆向造型的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)[A];創(chuàng)新塑性加工技術(shù)，推動(dòng)智能制造發(fā)展——第十五屆全國(guó)塑性工程學(xué)會(huì)年會(huì)暨第七屆全球華人塑性加工技術(shù)交流會(huì)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2017年

9 段文國(guó);張愛武;蔡廣杰;;基于VTK的點(diǎn)云數(shù)據(jù)繪制研究與實(shí)現(xiàn)[A];《測(cè)繪通報(bào)》測(cè)繪科學(xué)前沿技術(shù)論壇摘要集[C];2008年

10 吳衛(wèi)軍;陳平;殷義程;;基于DEM的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)比方法分析[A];云南省測(cè)繪地理信息學(xué)會(huì)2017年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2017年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前2條

1 記者 廖雪梅;重慶明年擬打造700個(gè)“智慧工地”[N];重慶日?qǐng)?bào);2018年

2 李兆平　龔渤;多點(diǎn)開花 前景廣闊[N];中國(guó)測(cè)繪報(bào);2012年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 鄧博文;大體積比工件裝配面檢測(cè)及其點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理方法研究[D];中北大學(xué);2019年

2 張紹澤;面向三維可視化的激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2017年

3 羅楠;基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的3D打印關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2017年

4 唐逸之;點(diǎn)云數(shù)據(jù)的魯棒配準(zhǔn)與自適應(yīng)表面重建[D];浙江大學(xué);2017年

5 楊永濤;三維離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)研究[D];燕山大學(xué);2017年

6 金娟鳳;基于特征距離的腰腹臀部體型分析與個(gè)性化女褲樣板生成[D];浙江理工大學(xué);2017年

7 石宏斌;地面激光點(diǎn)云模型自動(dòng)構(gòu)建方法研究[D];武漢大學(xué);2014年

8 葉立志;機(jī)載LiDAR與影像密集匹配點(diǎn)云數(shù)據(jù)的濾波方法研究[D];武漢大學(xué);2016年

9 張學(xué)昌;基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的復(fù)雜型面數(shù)字化檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究及其系統(tǒng)開發(fā)[D];上海交通大學(xué);2006年

10 張力寧;點(diǎn)云數(shù)據(jù)抗噪處理方法及其在葉片重建中的應(yīng)用研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 曹W

本文編號(hào)：2786178