點(diǎn)云模型的尖銳特征提取與分片分析.pdf

1、隨著三維掃描技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，直接通過(guò)三維掃描技術(shù)獲取物體形體信息的方法得到了廣泛的應(yīng)用，使得點(diǎn)云模型成為一種新興的數(shù)字媒體表達(dá)方式。近年來(lái)基于點(diǎn)的圖形技術(shù)已受到國(guó)際圖形學(xué)界的極大重視。其中進(jìn)行散亂點(diǎn)云的特征提取和分片處理是數(shù)字幾何處理的最重要最關(guān)鍵步驟之一，在曲面重建、形體繪制等應(yīng)用中都有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。基于堅(jiān)實(shí)的理論分析和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，本文對(duì)從點(diǎn)云幾何性質(zhì)的計(jì)算，到特征保持的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)化，再到點(diǎn)云模型尖銳特征的提取和尖銳特征誘導(dǎo)

2、的的分片分析等一系列問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究。
　　本文的主要工作包括以下四個(gè)方面：
　　給出了點(diǎn)云模型一系列幾何屬性的計(jì)算方法，通過(guò)K近鄰點(diǎn)主元分析方法計(jì)算點(diǎn)云的法向，同時(shí)采用多源點(diǎn)法向傳播方法調(diào)整點(diǎn)云法向。此外本文通過(guò)移動(dòng)最小二乘方法計(jì)算點(diǎn)云的局部曲面擬合多項(xiàng)式，并為每個(gè)點(diǎn)計(jì)算投影殘差和曲率值。
　　基于八叉樹(shù)的空間剖分思想，本文提出一種特征保持的點(diǎn)云簡(jiǎn)化算法。算法利用八叉樹(shù)對(duì)整個(gè)點(diǎn)云進(jìn)行空間剖分，并結(jié)合協(xié)方差分析和最

3、小二乘曲面擬合等方法來(lái)識(shí)別點(diǎn)云的特征點(diǎn)，然后采用聚類(lèi)的方法對(duì)非特征點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)化同時(shí)保留被識(shí)別的特征點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了保持點(diǎn)云特征的簡(jiǎn)化算法。
　　提出了一種有效的提取點(diǎn)云模型尖銳特征曲線的算法。算法采用多步逼近的策略：首先根據(jù)每個(gè)點(diǎn)的局部最小二乘擬合曲面多項(xiàng)式計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的投影殘差，并用絕對(duì)值較大的投影殘差標(biāo)識(shí)出潛在的尖銳特征點(diǎn)；然后通過(guò)主元分析和相關(guān)性分析平滑特征點(diǎn)；再對(duì)平滑后的特征點(diǎn)采用折線生長(zhǎng)算法生成特征線；最后在模型的尖角區(qū)域?yàn)槟Ｐ徒?/p>

4、立角點(diǎn)來(lái)完善特征曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文算法穩(wěn)定有效、能夠準(zhǔn)確捕捉點(diǎn)云模型的尖銳特征且具有一定的抗噪性。
　　為點(diǎn)云模型提供一種尖銳特征誘導(dǎo)的點(diǎn)云模型自動(dòng)分片算法。該算法直接針對(duì)點(diǎn)云模型，在特征線約束下采用區(qū)域生長(zhǎng)的方法分割點(diǎn)云數(shù)據(jù)。該算法無(wú)需對(duì)點(diǎn)云模型進(jìn)行三角化等預(yù)處理操作，得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)片的邊界整齊、幾何特征單一。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法可以準(zhǔn)確對(duì)點(diǎn)云模型進(jìn)行分片，且算法具有較好的穩(wěn)定性，其可以較好滿(mǎn)足逆向工程等實(shí)際應(yīng)用的需要。<