海量點(diǎn)云曲面增量拓?fù)渲亟?/H1>
發(fā)布時(shí)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(kuò)展的策略,通過波前環(huán)的擴(kuò)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(gè)樣點(diǎn)的鄰近區(qū)域,獲得插值于采樣點(diǎn)集的二維定向流形網(wǎng)格曲面,實(shí)現(xiàn)整個(gè)采樣點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)保護(hù).實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(diǎn)進(jìn)行正確的法向估計(jì),而樣點(diǎn)的Voronoi鄰點(diǎn)的完整性是利用極點(diǎn)進(jìn)行正確法向估計(jì)的前提.因此,對于局部樣本邊界區(qū)域的樣點(diǎn),為實(shí)現(xiàn)正確的Cocone重建,首先應(yīng)保證其具有完整的Voronoi鄰點(diǎn).設(shè)采樣點(diǎn)集為S,局部樣本(p)為S的一個(gè)子集,對(p)進(jìn)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(diǎn)p,其在S中的Voronoi鄰域點(diǎn)集為()vNp,k鄰域點(diǎn)集為()kNp.點(diǎn)p的()vNp難以直接獲取,但對于均勻采樣的點(diǎn)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(shí),其k鄰域點(diǎn)集中q,并且(),kqNpq(p).為保證對(p)進(jìn)行Cocone重建過程中任一點(diǎn)p的法向均能正確估計(jì),需對原始局部樣本(p)邊界樣點(diǎn)適度擴(kuò)增.此處將對(p)進(jìn)行擴(kuò)增而添加的樣點(diǎn)稱作輔助點(diǎn).在局部重建過程中,為使(p)中的每個(gè)樣點(diǎn)的法向都能正確估計(jì),需保證對于p(p),其()kNp均存在于擴(kuò)增后的局部樣本中.圖1實(shí)物樣點(diǎn)Voronoi鄰域點(diǎn)集和k鄰域點(diǎn)集將特定樣點(diǎn)p的k鄰域點(diǎn)集作為局部樣本(p),其輔助點(diǎn)的添加可通過對p鄰域點(diǎn)集搜索范圍的適度擴(kuò)大來實(shí)現(xiàn).設(shè)k為獲取(p)時(shí)所需的鄰域點(diǎn)集數(shù)量,k為輔助點(diǎn)添加過程中領(lǐng)域點(diǎn)集數(shù)量,局部樣本擴(kuò)增的具體流程如下:Step1.對樣點(diǎn)p進(jìn)行初次k鄰域搜索,所得近鄰點(diǎn)集作為初始局部樣本(p).Step2.再次對p進(jìn)行k鄰域搜索,獲得()kNp.Step3.提取任一點(diǎn)()ikpNp,若()ipp,則()(){}ippp.在上述局部樣本擴(kuò)增過程中,添加到(p)中的樣點(diǎn)即為輔助點(diǎn).2局部重建獲得擴(kuò)增的局部樣本后,為進(jìn)行局部重建,首先對該樣本進(jìn)行Delaunay三角剖分,并在Cocone檢測步驟中只保留3個(gè)頂點(diǎn)不含輔助點(diǎn)的面片,可得到符合要求的
2120計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)第29卷對(p)構(gòu)建參考平面F時(shí),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(diǎn)來確定;否則根據(jù)獲取該樣本的特定樣點(diǎn)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(diǎn)添加保證了局部重建結(jié)果的正確性,通過波前環(huán)的擴(kuò)張與分裂可增量重建整個(gè)采樣點(diǎn)集.在增量重建過程中,為過濾已重建區(qū)域中的樣點(diǎn),需對樣點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)記.根據(jù)該過程中樣點(diǎn)所處階段的不同,可將其分為飽和點(diǎn)、自由點(diǎn)、波前點(diǎn)和邊界點(diǎn);其中自由點(diǎn)為未重建區(qū)域的樣點(diǎn),飽和點(diǎn)為已重建區(qū)域內(nèi)的樣點(diǎn).提取已重建區(qū)域邊界作為波前環(huán),將波前環(huán)上的點(diǎn)作為波前點(diǎn).當(dāng)波前環(huán)擴(kuò)展到重建曲面邊界時(shí),波前點(diǎn)轉(zhuǎn)化為邊界點(diǎn).此外,對于海量點(diǎn)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(diǎn)集S的空間索引,并將S中樣點(diǎn)狀態(tài)初始化為自由點(diǎn).Step2.選取點(diǎn)集S中z坐標(biāo)值最大的樣點(diǎn)0p作為初始點(diǎn).Step3.求取0p的局部樣本0(p)并對該樣本進(jìn)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(diǎn)連接次序使之與0p的法向滿足右手螺旋準(zhǔn)則,進(jìn)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(gè)非邊界樣點(diǎn)標(biāo)記的波前點(diǎn)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(diǎn)集,剔除其中標(biāo)記為飽和點(diǎn)的樣點(diǎn).若剩余點(diǎn)集為空,則將rp標(biāo)記為邊界點(diǎn),轉(zhuǎn)Step8;否則,對剩余點(diǎn)集進(jìn)行擴(kuò)增并將擴(kuò)增后點(diǎn)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(jī)械工程學(xué)院;西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(51575326)
【分類號(hào)】：TP391.7
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本文編號(hào)：2524621
本文鏈接：http://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(diǎn)進(jìn)行正確的法向估計(jì),而樣點(diǎn)的Voronoi鄰點(diǎn)的完整性是利用極點(diǎn)進(jìn)行正確法向估計(jì)的前提.因此,對于局部樣本邊界區(qū)域的樣點(diǎn),為實(shí)現(xiàn)正確的Cocone重建,首先應(yīng)保證其具有完整的Voronoi鄰點(diǎn).設(shè)采樣點(diǎn)集為S,局部樣本(p)為S的一個(gè)子集,對(p)進(jìn)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(diǎn)p,其在S中的Voronoi鄰域點(diǎn)集為()vNp,k鄰域點(diǎn)集為()kNp.點(diǎn)p的()vNp難以直接獲取,但對于均勻采樣的點(diǎn)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(shí),其k鄰域點(diǎn)集中q,并且(),kqNpq(p).為保證對(p)進(jìn)行Cocone重建過程中任一點(diǎn)p的法向均能正確估計(jì),需對原始局部樣本(p)邊界樣點(diǎn)適度擴(kuò)增.此處將對(p)進(jìn)行擴(kuò)增而添加的樣點(diǎn)稱作輔助點(diǎn).在局部重建過程中,為使(p)中的每個(gè)樣點(diǎn)的法向都能正確估計(jì),需保證對于p(p),其()kNp均存在于擴(kuò)增后的局部樣本中.圖1實(shí)物樣點(diǎn)Voronoi鄰域點(diǎn)集和k鄰域點(diǎn)集將特定樣點(diǎn)p的k鄰域點(diǎn)集作為局部樣本(p),其輔助點(diǎn)的添加可通過對p鄰域點(diǎn)集搜索范圍的適度擴(kuò)大來實(shí)現(xiàn).設(shè)k為獲取(p)時(shí)所需的鄰域點(diǎn)集數(shù)量,k為輔助點(diǎn)添加過程中領(lǐng)域點(diǎn)集數(shù)量,局部樣本擴(kuò)增的具體流程如下:Step1.對樣點(diǎn)p進(jìn)行初次k鄰域搜索,所得近鄰點(diǎn)集作為初始局部樣本(p).Step2.再次對p進(jìn)行k鄰域搜索,獲得()kNp.Step3.提取任一點(diǎn)()ikpNp,若()ipp,則()(){}ippp.在上述局部樣本擴(kuò)增過程中,添加到(p)中的樣點(diǎn)即為輔助點(diǎn).2局部重建獲得擴(kuò)增的局部樣本后,為進(jìn)行局部重建,首先對該樣本進(jìn)行Delaunay三角剖分,并在Cocone檢測步驟中只保留3個(gè)頂點(diǎn)不含輔助點(diǎn)的面片,可得到符合要求的
2120計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)第29卷對(p)構(gòu)建參考平面F時(shí),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(diǎn)來確定;否則根據(jù)獲取該樣本的特定樣點(diǎn)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(diǎn)添加保證了局部重建結(jié)果的正確性,通過波前環(huán)的擴(kuò)張與分裂可增量重建整個(gè)采樣點(diǎn)集.在增量重建過程中,為過濾已重建區(qū)域中的樣點(diǎn),需對樣點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)記.根據(jù)該過程中樣點(diǎn)所處階段的不同,可將其分為飽和點(diǎn)、自由點(diǎn)、波前點(diǎn)和邊界點(diǎn);其中自由點(diǎn)為未重建區(qū)域的樣點(diǎn),飽和點(diǎn)為已重建區(qū)域內(nèi)的樣點(diǎn).提取已重建區(qū)域邊界作為波前環(huán),將波前環(huán)上的點(diǎn)作為波前點(diǎn).當(dāng)波前環(huán)擴(kuò)展到重建曲面邊界時(shí),波前點(diǎn)轉(zhuǎn)化為邊界點(diǎn).此外,對于海量點(diǎn)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(diǎn)集S的空間索引,并將S中樣點(diǎn)狀態(tài)初始化為自由點(diǎn).Step2.選取點(diǎn)集S中z坐標(biāo)值最大的樣點(diǎn)0p作為初始點(diǎn).Step3.求取0p的局部樣本0(p)并對該樣本進(jìn)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(diǎn)連接次序使之與0p的法向滿足右手螺旋準(zhǔn)則,進(jìn)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(gè)非邊界樣點(diǎn)標(biāo)記的波前點(diǎn)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(diǎn)集,剔除其中標(biāo)記為飽和點(diǎn)的樣點(diǎn).若剩余點(diǎn)集為空,則將rp標(biāo)記為邊界點(diǎn),轉(zhuǎn)Step8;否則,對剩余點(diǎn)集進(jìn)行擴(kuò)增并將擴(kuò)增后點(diǎn)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(jī)械工程學(xué)院;西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院;
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3 劉巖;關(guān)振群;張洪武;張占群;;面向大規(guī)�？茖W(xué)計(jì)算的三維Delaunay快速插點(diǎn)算法[A];中國計(jì)算力學(xué)大會(huì)'2010（CCCM2010）暨第八屆南方計(jì)算力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（SCCM8）論文集[C];2010年
4 黃有度;蘇化明;;均勻Delaunay三角域的生成[A];中國幾何設(shè)計(jì)與計(jì)算新進(jìn)展2007——第三屆中國幾何設(shè)計(jì)與計(jì)算大會(huì)論文集[C];2007年
5 宋曉宇;王守金;王永會(huì);;一種改進(jìn)的Delaunay三角剖分快速實(shí)現(xiàn)算法[A];2008'中國信息技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)論壇論文集（二）[C];2008年
6 常麗娟;劉浩宇;田歌;;基于推進(jìn)波前法和Delaunay三角法相結(jié)合的網(wǎng)格劃分方法的研究[A];北京力學(xué)會(huì)第18屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2012年
7 陳中貴;曹娟;楊晨暉;;構(gòu)造最優(yōu)Delaunay三角剖分的拓?fù)鋬?yōu)化方法[A];第五屆全國幾何設(shè)計(jì)與計(jì)算學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年
8 任振娜;楊穎;;一次性生成約束Delaunay三角網(wǎng)的算法研究[A];幾何設(shè)計(jì)與計(jì)算的新進(jìn)展[C];2005年
9 梅春暉;裘寧;石教英;;基于Co-Cones的無序采樣點(diǎn)曲面重建算法的改進(jìn)[A];第一屆全國幾何設(shè)計(jì)與計(jì)算學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2002年
10 汪嘉業(yè);楊承磊;張彩明;呂琳;;一致分布點(diǎn)集Delaunay三角形化最佳期望時(shí)間算法[A];第五屆全國幾何設(shè)計(jì)與計(jì)算學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年
相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條
1 神會(huì)存;高質(zhì)量工程曲面的重建與曲面品質(zhì)檢查分析[D];南京航空航天大學(xué);2005年
2 唐勝祥;曲面重建算法[D];武漢大學(xué);2013年
3 杜新偉;逆向工程中基于徑向基函數(shù)的曲面重建技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2009年
4 呂晟珉;曲面重建的網(wǎng)格方法和技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2004年
5 劉勝蘭;逆向工程中自由曲面與規(guī)則曲面重建關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2005年
6 李治隆;基于彈性變形的曲面重建和平滑[D];大連理工大學(xué);2010年
7 董辰世;CAD中曲線逼近和曲面重建問題的研究[D];浙江大學(xué);2005年
8 劉麗;逆向工程中曲面重建的若干問題研究[D];山東大學(xué);2007年
9 張愛武;法矢控制的網(wǎng)格曲面重建若干問題研究[D];山東大學(xué);2009年
10 李立新;散亂點(diǎn)集曲面重建的理論、方法及應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2001年
相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條
1 劉為宏;點(diǎn)云數(shù)據(jù)曲面重建算法及研究[D];燕山大學(xué);2015年
2 李瑞;基于微分流形的曲面重建[D];中北大學(xué);2016年
3 魏亮;基于局部樣本增益優(yōu)化的曲面重建研究[D];山東理工大學(xué);2015年
4 景夢園;基于云計(jì)算的大規(guī)模曲面重建系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2016年
5 宋凱麗;基于圖像分割的地質(zhì)曲面重建方法研究[D];電子科技大學(xué);2016年
6 李小華;基于曲面重建思想的螺桿造型[D];北京化工大學(xué);2005年
7 劉煒p，
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