點(diǎn)云模型的孔洞修補(bǔ)技術(shù)研究.pdf

1、隨著三維掃描設(shè)備測(cè)量精度的快速提高及掃描技術(shù)的快速發(fā)展，直接通過(guò)三維掃描儀可以方便的獲得高精度和高密度的實(shí)體點(diǎn)云模型，使得三維點(diǎn)云模型已經(jīng)成為一種非常重要的數(shù)字媒體形式.由于實(shí)際物體表面的形狀復(fù)雜性及掃描設(shè)備測(cè)量方法的局限等原因，獲得的點(diǎn)云模型中時(shí)常會(huì)出現(xiàn)孔洞.而在曲面重構(gòu)過(guò)程中需要對(duì)完整的點(diǎn)云模型進(jìn)行處理，因此，孔洞修補(bǔ)技術(shù)是曲面重構(gòu)中必不可少的前置處理工作，也是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能否更好實(shí)現(xiàn)效果的關(guān)鍵性技術(shù).本文通過(guò)對(duì)已有的孔洞修補(bǔ)算法進(jìn)

2、行研究，提出一種魯棒性較好的孔洞修補(bǔ)算法，主要內(nèi)容包括檢測(cè)孔洞邊界點(diǎn)、獲得孔洞邊界邊和基于偏微分方程(PDE)方法進(jìn)行孔洞點(diǎn)填充.本文的主要工作包括以下幾個(gè)方面:
　　 1.點(diǎn)云模型幾何屬性的計(jì)算方法.點(diǎn)云模型運(yùn)用Kd-樹(shù)的方法查找k-鄰點(diǎn)，由k-鄰點(diǎn)構(gòu)建協(xié)方差矩陣，運(yùn)用主元分析法(PCA)估算點(diǎn)云法向量和法向量一致性調(diào)整，通過(guò)移動(dòng)最小二乘法計(jì)算局部曲面擬合多項(xiàng)式，且根據(jù)擬合多項(xiàng)式計(jì)算某點(diǎn)的平均曲率、高斯曲率、最大主曲率和最小主

3、曲率.
　　 2.通過(guò)分析點(diǎn)云模型的局部幾何屬性，提出一種多準(zhǔn)則提取點(diǎn)云模型孔洞邊界曲線的算法.算法首先尋找點(diǎn)云中每個(gè)點(diǎn)的鄰點(diǎn)并計(jì)算點(diǎn)云曲面在該點(diǎn)處的法向，通過(guò)綜合運(yùn)用最大角度度量準(zhǔn)則、半圓盤(pán)度量準(zhǔn)則和形狀度量準(zhǔn)則等，度量相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn)成為孔洞邊界點(diǎn)的概率，再采用搜索最近點(diǎn)方法對(duì)邊界點(diǎn)進(jìn)行連接處理，生成孔洞的邊界線.實(shí)驗(yàn)表明，該算法運(yùn)行穩(wěn)定，魯棒性好，可檢測(cè)提取出點(diǎn)云模型上各種孔洞的邊界曲線.
　　 3.基于偏微分方程方法實(shí)

4、現(xiàn)點(diǎn)云模型的孔洞修補(bǔ).該方法首先對(duì)提取的孔洞多邊形進(jìn)行預(yù)處理使多邊形更加規(guī)則，然后對(duì)新的孔洞多邊形進(jìn)行等距離參數(shù)化生成三條新的邊界曲線，依據(jù)這些邊界曲線構(gòu)造四階偏微分方程，最后通過(guò)求解偏微分方程實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云模型的孔洞修補(bǔ).實(shí)驗(yàn)表明，算法能夠快速的實(shí)現(xiàn)孔洞的填充，填充后的孔洞點(diǎn)與原始模型光順圓滑，能夠自然的融合在一起.
　　 在上述算法理論研究基礎(chǔ)上，本文實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)云模型孔洞檢測(cè)與修補(bǔ)算法.通過(guò)測(cè)試部分孔洞模型，程序運(yùn)行結(jié)果表明本文所設(shè)