本文選題：點(diǎn)云數(shù)據(jù)　切入點(diǎn)：k-means聚類(lèi)　出處：《廣東工業(yè)大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：在建立模型數(shù)字化信息平臺(tái)的過(guò)程中,利用逆向工程技術(shù),實(shí)現(xiàn)由實(shí)物模型直接構(gòu)建計(jì)算機(jī)模型,獲取模型的三維數(shù)字化信息,是當(dāng)今制造業(yè)領(lǐng)域一項(xiàng)重要手段。逆向工程主要的步驟包括數(shù)據(jù)采集、點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理和三維模型重建。其中點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理一般包括點(diǎn)云數(shù)據(jù)去噪、精簡(jiǎn)、配準(zhǔn)、特征識(shí)別、區(qū)域分割、幾何估算等過(guò)程,特別是點(diǎn)云數(shù)據(jù)的去噪和精簡(jiǎn)對(duì)后續(xù)三維建模的模型質(zhì)量影響很大,是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié),因此,研究點(diǎn)云數(shù)據(jù)的去噪和精簡(jiǎn)優(yōu)化算法,具有一定的科學(xué)意義。本文研究的點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理算法主要應(yīng)用于嶺南灰塑作品模型三維重建中�；宜苁菐X南一種較為獨(dú)特的傳統(tǒng)建筑,具有很高的文化價(jià)值和觀賞價(jià)值,鑒于灰塑作品的瀕臨滅絕,建立灰塑數(shù)字化信息平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)繼承和發(fā)揚(yáng)灰塑文化的意義深遠(yuǎn)。本文分析灰塑作品特征后,發(fā)現(xiàn)它們的點(diǎn)云數(shù)據(jù)呈現(xiàn)散亂無(wú)序的狀態(tài),散亂無(wú)序的點(diǎn)之間沒(méi)有任何的拓?fù)潢P(guān)系,而且通過(guò)三維掃描儀掃描出來(lái)獲得的灰塑點(diǎn)云數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)量在百萬(wàn)級(jí)以上,其中有一部分點(diǎn)是由于機(jī)器本身和周?chē)h(huán)境影響等原因而摻雜的噪聲點(diǎn),這些點(diǎn)的存在將會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)三維重建的質(zhì)量,并且如此龐大的數(shù)據(jù)在平臺(tái)里面存儲(chǔ)和上傳很損耗計(jì)算機(jī)資源。針對(duì)這些難點(diǎn),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)云去噪和點(diǎn)云精簡(jiǎn)技術(shù)進(jìn)行了深入研究,并提出了一些新的方法,具體研究?jī)?nèi)容總結(jié)如下:1.基于k-means聚類(lèi)算法和余弦相似度的原理,提出了一種新的基于k-means聚類(lèi)的去噪算法。該算法通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察聚類(lèi)數(shù)k對(duì)去噪效果的影響來(lái)確定最佳聚類(lèi)數(shù),在每一簇內(nèi),通過(guò)余弦相似度對(duì)兩點(diǎn)之間的歐式距離進(jìn)行加權(quán),并作為噪聲的判別因子,這樣做的好處是加強(qiáng)了點(diǎn)云邊界點(diǎn)和聚類(lèi)中心的關(guān)系,避免了點(diǎn)云邊界點(diǎn)被誤判成噪聲點(diǎn),能夠在識(shí)別離群噪聲點(diǎn)的同時(shí)很好地保持模型的邊界特征。2.基于曲面曲率和均勻網(wǎng)格原理,提出了一種基于曲率和均勻網(wǎng)格的組合式點(diǎn)云精簡(jiǎn)算法。該算法利用包圍盒法對(duì)散亂的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)湟?guī)則排序,建立點(diǎn)的鄰域集,計(jì)算點(diǎn)云在某點(diǎn)處的曲率,根據(jù)曲率精簡(jiǎn)原則精簡(jiǎn)點(diǎn)云,然后把刪除掉的點(diǎn)重采樣,將它們作為新的點(diǎn)云數(shù)據(jù)輸入進(jìn)行算法編程,用均勻網(wǎng)格的方法選取單元格內(nèi)離質(zhì)心點(diǎn)最近的點(diǎn)保留,該算法能夠在最大化精簡(jiǎn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的同時(shí)很好的保留模型的細(xì)節(jié)特征。3.為了驗(yàn)證這些算法的合理性和有效性,在建立灰塑信息化平臺(tái)的過(guò)程中,采用灰塑作品和其他兩種具有散亂點(diǎn)云典型特征的模型作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,根據(jù)本文提出的去噪和精簡(jiǎn)算法,分別對(duì)它們進(jìn)行去噪和精簡(jiǎn)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了算法的可行性和先進(jìn)性,并將預(yù)處理后得到的灰塑點(diǎn)云模型應(yīng)用到灰塑三維重建過(guò)程中,得到了較好的重建效果。本文工作的主要?jiǎng)?chuàng)新之處列舉如下:1.在確定點(diǎn)云去噪的閾值過(guò)程中,為了避免模型邊界點(diǎn)被誤認(rèn)為是噪聲點(diǎn),加入了余弦相似度對(duì)歐式距離進(jìn)行加權(quán),使得大于閾值的點(diǎn)更加遠(yuǎn)離聚類(lèi)中心,小于閾值的點(diǎn)更加接近聚類(lèi)中心,從而減少了對(duì)邊界點(diǎn)的誤判,提高了對(duì)噪聲點(diǎn)的識(shí)別率。2.針對(duì)灰塑作品不規(guī)則曲面較多,曲率范圍大的特點(diǎn),本文提出了曲率和均勻網(wǎng)格的組合式精簡(jiǎn)算法。該算法既能保留特征點(diǎn),又在空白區(qū)域進(jìn)行了點(diǎn)數(shù)據(jù)插值。
[Abstract]:In the process of establishing the model digital information platform , using reverse engineering technology to realize the direct construction of computer model by physical model and obtaining the three - dimensional digitized information of the model , it is an important method in the field of manufacturing industry . In order to verify the rationality and effectiveness of these algorithms , the algorithm can be used in the process of establishing an ash - plastic information platform . In order to avoid the mistaken belief of the model boundary point as a noise point , a better reconstruction effect is obtained . In order to avoid the misjudgment of the boundary point and to improve the recognition rate of the noise point , the paper proposes a combined thin algorithm of curvature and uniform mesh .

【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1706718