三維點云數(shù)據(jù)的精簡與平滑處理算法.pdf

1、逆向工程技術(shù)是進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)的先進(jìn)制造技術(shù),其已發(fā)展成為 CAD中的一個相對獨立的研究領(lǐng)域。三維點云數(shù)據(jù)處理技術(shù)是逆向工程中的關(guān)鍵技術(shù)之一,其中數(shù)據(jù)精簡與平滑技術(shù)是數(shù)據(jù)處理的兩個重要組成部分,決定著后續(xù)曲面建模的質(zhì)量和效率,具有十分重要的研究意義。本文對一種新型的三維掃描測量系統(tǒng)——基于標(biāo)記點的流動式三維掃描測量儀得到的三維點云數(shù)據(jù)的特征進(jìn)行了分析,針對其散亂分層的特點提出了一種有序化的精簡方法,主要的研究內(nèi)容有以下幾個方面:

2、>　　1.提出并實現(xiàn)了一種R樹與八叉樹相結(jié)合的空間索引方法,能夠快速準(zhǔn)確地獲取局部點云數(shù)據(jù),保證良好的數(shù)據(jù)檢索效率。該方法利用工件表面的標(biāo)記點的三維坐標(biāo),結(jié)合R-tree和八叉樹原理,建立點云的空間索引:首先計算包含所有點云數(shù)據(jù)點的最小空間矩形,將該空間矩形劃分成相同大小的三維網(wǎng)格;然后根據(jù)分布于工件表面的標(biāo)記點的已知三維坐標(biāo),以包含標(biāo)記點的三維網(wǎng)格為中心對所有包含數(shù)據(jù)點的三維網(wǎng)格進(jìn)行聚類運算;對于包含數(shù)據(jù)點的三維網(wǎng)格,根據(jù)設(shè)定的分裂條

3、件對其進(jìn)行八叉樹分裂,直至所有的三維網(wǎng)格都收斂。
　　2.根據(jù)實際工程應(yīng)用中的需求,針對激光掃描儀所得三維點云的散亂分層的特點,提出并實現(xiàn)了一種有序化精簡方法。首先獲取以點云空間索引的葉節(jié)點為中心的27個空間網(wǎng)格中的點云數(shù)據(jù),將其作為局部點云數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行最小二乘平面擬合,根據(jù)參考平面的法向量信息建立局部參考坐標(biāo)系;將點云數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到局部坐標(biāo)系下后,依據(jù)局部坐標(biāo)系建立參數(shù)坐標(biāo)系,對局部點云數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)化;然后利用數(shù)據(jù)點的局部坐標(biāo)

4、與參數(shù)化坐標(biāo)擬合二次曲面,并在二次曲面上進(jìn)行有序化采樣;最終將采樣點轉(zhuǎn)換到工件坐標(biāo)系后,得到有序的精簡數(shù)據(jù)點集。
　　3.根據(jù)理論研究成果,在Windows XP平臺上采用Microsoft Visual C++進(jìn)行了系統(tǒng)集成開發(fā)。
　　試驗結(jié)果表明,本文提出的索引結(jié)構(gòu)創(chuàng)建速度較快,可以快速準(zhǔn)確地獲得局部型面的點云數(shù)據(jù)。精簡效果方面,經(jīng)本課題中算法精簡后的點云由散亂分層變?yōu)閱螌?不僅較好地保留了工件原有的型面細(xì)節(jié)特征,而且點