一種室內(nèi)場景非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格建模方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三角網(wǎng)格建模方法，一種室內(nèi)場景非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格建模方法，包括以下步驟：步驟1.獲取室內(nèi)場景非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；步驟2.鄰域切平面投射；步驟3.對投射鄰域N′進(jìn)行優(yōu)化；步驟4.獲取給定點(diǎn)p的Delaunay鄰邊；步驟5.完成三角網(wǎng)格建模：重復(fù)步驟2-4，對每個(gè)點(diǎn)重復(fù)上述算法，繼而完成整個(gè)三維點(diǎn)云的三角網(wǎng)格建模。本發(fā)明利用扇形區(qū)域均勻劃分和各向均衡選擇，較好地在各個(gè)方向上選擇了給定點(diǎn)的鄰點(diǎn)，使之鄰域在各個(gè)方向上的分布更加均衡，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)場景非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精確建模。與此同時(shí)，各向最近鄰點(diǎn)的選擇還有效地精簡了給定點(diǎn)的鄰域，使本方法具有更低的運(yùn)行時(shí)間和更高的建模效率。
【專利說明】一種室內(nèi)場景非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格建模方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三角網(wǎng)格建模方法，更具體地說，涉及一種室內(nèi)場景非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格建模方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著三維掃描測距技術(shù)的發(fā)展，三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)在逆向工程、工業(yè)檢測、自主導(dǎo)航等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越為廣泛。三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)上述應(yīng)用的基礎(chǔ)，發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。在三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理技術(shù)中，三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格建模是一個(gè)非常關(guān)鍵的技術(shù)。由于室內(nèi)環(huán)境為一種結(jié)構(gòu)化場景，因此三角網(wǎng)格建模技術(shù)特別適合室內(nèi)場景的三維建模，其不僅可以形象逼真地描述室內(nèi)場景，而且為室內(nèi)場景的分類和目標(biāo)識別打下了良好的基礎(chǔ)。優(yōu)秀三角網(wǎng)格建模方法的引入可以大幅度改善實(shí)際應(yīng)用情況，提高應(yīng)用性能。在獲取室內(nèi)場景三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)時(shí)，激光測距設(shè)備逐行掃描的工作特性和室內(nèi)環(huán)境結(jié)構(gòu)的突然變化，極易造成掃描行間距的不穩(wěn)定，從而使得三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分布變得極其不均勻，給室內(nèi)場景的三角網(wǎng)格建模帶來了較大的困難。三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格建模一直是三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其建模方法大致可分為兩大類:基于Delaunay三角化的建模方法和區(qū)域增長的建模方法。一般而言，基于Delaunay三角化的建模方法，雖然有良好的運(yùn)行結(jié)果，但需要大量的運(yùn)算，以致其算法的執(zhí)行效率較低、建模速度較慢；區(qū)域增長的建模方法有良好的運(yùn)行效率，建模速度較快，但有時(shí)其建模效果卻不甚理想。針對于非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格建模，目前國內(nèi)外罕見報(bào)道，已有的三角網(wǎng)格建模技術(shù)已不再適用。例如，比較著名的旋轉(zhuǎn)球算法(Ball-Pivoting Algorithm)就需要按照不同大小的球多次運(yùn)行來處理不均勻的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并且有時(shí)結(jié)果并不理想；再如，基于二維Delaunay三角化的曲面重建方法，其側(cè)重于切平面內(nèi)的采樣點(diǎn)Delaunay鄰邊的構(gòu)建，并將將它們反向投射到三維空間中，以形成三角網(wǎng)格模型，該方法運(yùn)行速度較快，但對采樣條件和點(diǎn)云分布有著嚴(yán)格的限制，無法處理非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在每次局部三角化時(shí)，很難得到準(zhǔn)確的Delaunay鄰邊，整體建模效果較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種室內(nèi)場景非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格建模方法。該方法針對一個(gè)室內(nèi)場景，首先利用激光掃描測距儀獲取室內(nèi)場景的非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，其實(shí)質(zhì)為三維空間內(nèi)的一個(gè)非均勻點(diǎn)集，然后通過一定的表面建模方法將該點(diǎn)集構(gòu)造成一個(gè)三角形網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以準(zhǔn)確描述真實(shí)的室內(nèi)場景。該方法解決了由于點(diǎn)云數(shù)據(jù)分布不均勻而帶來的建模質(zhì)量較低、無法描述實(shí)際場景、與真實(shí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)背離等問題，并且還具有較快的建模速度。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種室內(nèi)場景非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格建模方法，包括以下步驟:
[0005]步驟1、獲取室內(nèi)場景非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù):通過激光傳感器，獲取室內(nèi)場景信息，作為非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
[0006]步驟2、鄰域切平面投射:選取給定點(diǎn)p = (X，y，z)，計(jì)算三維點(diǎn)云的平均距離d，設(shè)定5d為鄰域半徑,獲取該給定點(diǎn)的鄰域N = (Pi = (xi; yi; zD 11彡i彡k},其中:Pi為鄰點(diǎn)，i為鄰點(diǎn)的序號，k為鄰點(diǎn)的個(gè)數(shù)，通過p點(diǎn)周圍的鄰域N,計(jì)算該點(diǎn)p的法向量η ;通過該法向量η，構(gòu)建ρ點(diǎn)處的切平面Τ，并將鄰點(diǎn)Pi投射到切平面T上，記投射后的點(diǎn)集為投射鄰域N'；
[0007]步驟3、對投射鄰域N'進(jìn)行優(yōu)化:通過扇形區(qū)域均勻劃分和各向均衡選擇，進(jìn)一步優(yōu)化給定點(diǎn)P的投射鄰域N'，使給定點(diǎn)P在各個(gè)方向上均有最近的投射鄰點(diǎn)，記優(yōu)化后的點(diǎn)集為優(yōu)化鄰域N"；
[0008]步驟4、獲取給定點(diǎn)ρ的Delaunay鄰邊:利用二維Delaunay方法對給定點(diǎn)ρ及其優(yōu)化鄰域Ν"進(jìn)行三角網(wǎng)格建模，將獲取的二維Delaunay三角網(wǎng)格反向映射到三維鄰域空間，并提取和存儲與給定點(diǎn)P相連的三維Delaunay鄰邊；
[0009]步驟5、完成三角網(wǎng)格建模:重復(fù)步驟2-4，對每個(gè)點(diǎn)重復(fù)上述算法，繼而完成整個(gè)三維點(diǎn)云的三角網(wǎng)格建模。
[0010]所述步驟2鄰域切平面投射，具體包括以下子步驟:
[0011]步驟(a)、計(jì)算三維點(diǎn)云的平均距離d，設(shè)定5d為鄰域半徑，提取給定點(diǎn)ρ的鄰域N；
[0012]步驟(b)、通過公式
[0013]M = Eti(P1- Ρ)(Ρ? - pf⑴
[0014]求取鄰域N的協(xié)方差矩陣Μ,式中％為鄰點(diǎn)，i為鄰點(diǎn)的序號，k為鄰點(diǎn)的個(gè)數(shù)，T為向量轉(zhuǎn)置符號，其將列向量轉(zhuǎn)置為行向量；
[0015]步驟(c)、求取Μ的特征值λ ρ λ 2、λ 3( λ ^ λ 2〈 λ 3)，以及相應(yīng)的特征向量w
ν3 ；
[0016]步驟(d)、將最小特征值λ i對應(yīng)的特征向量Vl單位化，即得到給定點(diǎn)ρ的法向量η ；
[0017]步驟(e)、將鄰域N中的每個(gè)點(diǎn)均投射到法向量η所對應(yīng)的切平面Τ上，將投射后的點(diǎn)集記為投射鄰域Ν'。
[0018]所述步驟3對投射鄰域Ν'進(jìn)行優(yōu)化，具體包括以下子步驟:
[0019]步驟(a)、在切平面T內(nèi)，以給定點(diǎn)ρ為原點(diǎn)，構(gòu)建過原點(diǎn)ρ的直線，并使之從水平位置開始順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一周，每間隔22.5度，劃分一個(gè)扇形區(qū)域，最終可形成16個(gè)以原點(diǎn)ρ為中心的扇形區(qū)域；
[0020]步驟(b)、將位于ρ點(diǎn)切平面T內(nèi)的投射鄰域N'置入步驟(a)中劃分好的扇形區(qū)域內(nèi)；
[0021]步驟(c)、提取每個(gè)扇形區(qū)域中距離原點(diǎn)ρ最近的點(diǎn)，這些點(diǎn)就構(gòu)成優(yōu)化后的點(diǎn)集，記為優(yōu)化鄰域N"。
[0022]所述步驟4獲取給定點(diǎn)ρ點(diǎn)的Delaunay鄰邊,具體包括以下子步驟:
[0023]步驟(a)、采用分治的方法，將優(yōu)化鄰域N"按照X坐標(biāo)，劃分為若干個(gè)小區(qū)域，每個(gè)小區(qū)域中的點(diǎn)個(gè)數(shù)不大于3，對于每個(gè)小區(qū)域而言，要求都能保證符合Delaunay判據(jù)；
[0024]步驟(b)、將相鄰小區(qū)域整合為一個(gè)較大的符合Delaunay判據(jù)的區(qū)域；
[0025]步驟(c)、重復(fù)步驟(b)，再將每個(gè)較大區(qū)域逐層合并，直至所有較大區(qū)域合并為一個(gè)整體，至此，單次的局部Delaunay三角劃分完成；根據(jù)Delaunay三角化的唯一'丨生準(zhǔn)則，可以得到唯一的Delaunay三角化結(jié)果；
[0026]步驟(d)、從構(gòu)建的二維Delaunay三角劃分結(jié)果中提取與給定點(diǎn)ρ相連的邊，將其反向映射到三維鄰域空間，并進(jìn)行存儲，所存儲的邊即為給定點(diǎn)P點(diǎn)的三維Delaunay邊。
[0027]本發(fā)明有益效果是:一種室內(nèi)場景非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格建模方法，包括以下步驟:步驟1、獲取室內(nèi)場景非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù):通過激光傳感器，獲取室內(nèi)場景信息，作為非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；步驟2、鄰域切平面投射:選取給定點(diǎn)ρ = (X，y, z)，計(jì)算三維點(diǎn)云的平均距離d,設(shè)定5d為鄰域半徑,獲取該給定點(diǎn)的鄰域N = (Pi = (xi； yi；Zi) |1彡i彡k}，其中:Pi為鄰點(diǎn)，i為鄰點(diǎn)的序號，k為鄰點(diǎn)的個(gè)數(shù)，通過ρ點(diǎn)周圍的鄰域N,計(jì)算該點(diǎn)ρ的法向量η ;通過該法向量η，構(gòu)建ρ點(diǎn)處的切平面Τ，并將鄰點(diǎn)Pi投射到切平面T上，記投射后的點(diǎn)集為投射鄰域N';步驟3、對投射鄰域N'進(jìn)行優(yōu)化:通過扇形區(qū)域均勻劃分和各向均衡選擇，進(jìn)一步優(yōu)化給定點(diǎn)P的投射鄰域N',使給定點(diǎn)ρ在各個(gè)方向上均有最近的投射鄰點(diǎn)，記優(yōu)化后的點(diǎn)集為優(yōu)化鄰域N";步驟4、獲取給定點(diǎn)ρ的Delaunay鄰邊:利用二維Delaunay方法對給定點(diǎn)ρ及其優(yōu)化鄰域Ν"進(jìn)行三角網(wǎng)格建模，將獲取的二維Delaunay三角網(wǎng)格反向映射到三維鄰域空間，并提取和存儲與給定點(diǎn)ρ相連的三維Delaunay鄰邊；步驟5、完成三角網(wǎng)格建模:重復(fù)步驟2_4，對每個(gè)點(diǎn)重復(fù)上述算法，繼而完成整個(gè)三維點(diǎn)云的三角網(wǎng)格建模。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明利用扇形區(qū)域均勻劃分和各向均衡選擇，較好地在各個(gè)方向上選擇了給定點(diǎn)的鄰點(diǎn)，使之鄰域在各個(gè)方向上的分布更加均衡，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)場景非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精確建模。與此同時(shí)，各向最近鄰點(diǎn)的選擇還有效地精簡了給定點(diǎn)的鄰域，使本方法具有更低的運(yùn)行時(shí)間和更高的建模效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明的流程圖。
[0029]圖2是本發(fā)明步驟的示意圖。
[0030]圖中:(a)是鄰域切平面投射圖，(b)是對投射鄰域N'進(jìn)行優(yōu)化圖，(c)是獲取給定點(diǎn)P的Delaunay鄰邊圖，(d)是切平面下的Delaunay建模圖。
[0031]圖3是未米用本發(fā)明的局部平面三角網(wǎng)格建模不意圖。
[0032]圖4是室內(nèi)場景1非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格建模結(jié)果圖。
[0033]圖中:(a)是整體效果圖，(b)、(c)分別是局部細(xì)節(jié)圖。
[0034]圖5是室內(nèi)場景2非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格建模結(jié)果圖；
[0035]圖中:(a)是整體效果圖，(b)、(c)分別是局部細(xì)節(jié)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0037]如圖1所示，一種室內(nèi)場景非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格建模方法，包括以下步驟:步驟1、獲取室內(nèi)場景非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù):通過激光傳感器，獲取室內(nèi)場景信息，作為非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；步驟2、鄰域切平面投射:選取給定點(diǎn)p = (x,y,z),計(jì)算三維點(diǎn)云的平均距離d,設(shè)定5d為鄰域半徑,獲取該給定點(diǎn)的鄰域N = (Pi = (χ^Υ?,Ζ?) 11彡i彡k},其中:Pi為鄰點(diǎn)，i為鄰點(diǎn)的序號，k為鄰點(diǎn)的個(gè)數(shù)，通過ρ點(diǎn)周圍的鄰域N,計(jì)算該點(diǎn)ρ的法向量η ;通過該法向量η，構(gòu)建ρ點(diǎn)處的切平面Τ，并將鄰點(diǎn)Pi投射到切平面T上，記投射后的點(diǎn)集為投射鄰域N';步驟3、對投射鄰域N'進(jìn)行優(yōu)化:通過扇形區(qū)域均勻劃分和各向均衡選擇，進(jìn)一步優(yōu)化給定點(diǎn)P的投射鄰域N'，使給定點(diǎn)ρ在各個(gè)方向上均有最近的投射鄰點(diǎn)，記優(yōu)化后的點(diǎn)集為優(yōu)化鄰域N";步驟4、獲取給定點(diǎn)ρ的Delaunay鄰邊:利用二維Delaunay方法對給定點(diǎn)ρ及其優(yōu)化鄰域Ν"進(jìn)行三角網(wǎng)格建模，將獲取的二維Delaunay三角網(wǎng)格反向映射到三維鄰域空間，并提取和存儲與給定點(diǎn)P相連的三維Delaunay鄰邊；步驟5、完成三角網(wǎng)格建模:重復(fù)步驟2-4，對每個(gè)點(diǎn)重復(fù)上述算法，繼而完成整個(gè)三維點(diǎn)云的三角網(wǎng)格建模。
[0038]所述步驟2鄰域切平面投射，具體包括以下子步驟:
[0039]步驟(a)、計(jì)算三維點(diǎn)云的平均距離d，設(shè)定5d為鄰域半徑，提取給定點(diǎn)ρ的鄰域N；
[0040]步驟(b)、通過公式
[0041]Μ = Σ(=ι(Ρ? -Ρ)(Ρι(1 )
[0042]求取鄰域Ν的協(xié)方差矩陣Μ,式中％為鄰點(diǎn)，i為鄰點(diǎn)的序號，k為鄰點(diǎn)的個(gè)數(shù)，T為向量轉(zhuǎn)置符號，其將列向量轉(zhuǎn)置為行向量；
[0043]步驟(c)、求取Μ的特征值λ ρ λ 2、λ 3( λ ^ λ 2〈 λ 3)，以及相應(yīng)的特征向量w
ν3 ；
[0044]步驟(d)、將最小特征值λ i對應(yīng)的特征向量Vl單位化，即得到給定點(diǎn)ρ的法向量η ；
[0045]步驟(e)、將鄰域N中的每個(gè)點(diǎn)均投射到法向量η所對應(yīng)的切平面Τ上，將投射后的點(diǎn)集記為投射鄰域Ν';如圖2中圖(a)所示。
[0046]所述步驟3對投射鄰域N'進(jìn)行優(yōu)化，具體包括以下子步驟:
[0047]步驟(a)、在切平面T內(nèi)，以給定點(diǎn)ρ為原點(diǎn)，構(gòu)建過原點(diǎn)ρ的直線，并使之從水平位置開始順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一周，每間隔22.5度，劃分一個(gè)扇形區(qū)域，最終可形成16個(gè)以原點(diǎn)ρ為中心的扇形區(qū)域；
[0048]步驟(b)、將位于ρ點(diǎn)切平面T內(nèi)的投射鄰域N'置入步驟(a)中劃分好的扇形區(qū)域內(nèi)；
[0049]步驟(c)、提取每個(gè)扇形區(qū)域中距離原點(diǎn)ρ最近的點(diǎn)，這些點(diǎn)就構(gòu)成優(yōu)化后的點(diǎn)集，記為優(yōu)化鄰域N";如圖2中圖(b)所示。
[0050]所述步驟4獲取給定點(diǎn)ρ點(diǎn)的Delaunay鄰邊,具體包括以下子步驟:
[0051]步驟(a)、采用分治的方法，將優(yōu)化鄰域N"按照X坐標(biāo)，劃分為若干個(gè)小區(qū)域，每個(gè)小區(qū)域中的點(diǎn)個(gè)數(shù)不大于3，對于每個(gè)小區(qū)域而言，要求都能保證符合Delaunay判據(jù)；
[0052]步驟(b)、將相鄰小區(qū)域整合為一個(gè)較大的符合Delaunay判據(jù)的區(qū)域；
[0053]步驟(c)、重復(fù)步驟(b)，再將每個(gè)較大區(qū)域逐層合并，直至所有較大區(qū)域合并為一個(gè)整體，至此，單次的局部Delaunay三角劃分完成；根據(jù)Delaunay三角化的唯一'丨生準(zhǔn)則，可以得到唯一的Delaunay三角化結(jié)果；
[0054]步驟(d)、從構(gòu)建的二維Delaunay三角劃分結(jié)果中提取與給定點(diǎn)ρ相連的邊，將其反向映射到三維鄰域空間，并進(jìn)行存儲，所存儲的邊即為給定點(diǎn)P點(diǎn)的三維Delaunay邊；如圖2中圖(c)所示。之后重復(fù)運(yùn)行，對原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的每個(gè)點(diǎn)重復(fù)步驟2-4，得到最終切平面建模如圖2中圖(d)所示。將所有存儲的邊按照三角化結(jié)果顯示，即可得到圖4與圖5所示的三角網(wǎng)格建模結(jié)果。
[0055]綜上所述，本發(fā)明沒有對三維點(diǎn)云中的離散點(diǎn)進(jìn)行直接三角網(wǎng)格建模，而是先對其進(jìn)行鄰域切平面投射，再利用扇形區(qū)域劃分和各向均衡選擇，來優(yōu)化給定點(diǎn)的投射鄰域，使之在各個(gè)方向上的分布更加均衡，并最終利用各向均衡的優(yōu)化鄰域來實(shí)現(xiàn)局部三角網(wǎng)格模型的建立。這不僅解決了室內(nèi)場景非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確建模問題，避免建模過程中大面積空洞的產(chǎn)生，如圖3所示，真實(shí)地描述了室內(nèi)場景的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而且由于優(yōu)化過程的存在，使得局部鄰域建模時(shí)離散點(diǎn)的數(shù)量急劇下降，避免了局部領(lǐng)域大量數(shù)據(jù)點(diǎn)建模而帶來的巨大運(yùn)行開銷，極大地提高了建模的運(yùn)行效率，減少了建模所需的運(yùn)行時(shí)間。
【權(quán)利要求】
1.一種室內(nèi)場景非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格建模方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1、獲取室內(nèi)場景非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù):通過激光傳感器，獲取室內(nèi)場景信息，作為非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)； 步驟2、鄰域切平面投射:選取給定點(diǎn)P = (X, y, Z),計(jì)算三維點(diǎn)云的平均距離d,設(shè)定5d為鄰域半徑,獲取該給定點(diǎn)的鄰域N = (Pi = (Xi, Yi, Zi) 11彡i彡k},其中％為鄰點(diǎn)，i為鄰點(diǎn)的序號，k為鄰點(diǎn)的個(gè)數(shù)，通過P點(diǎn)周圍的鄰域N，計(jì)算該點(diǎn)P的法向量η ;通過該法向量η，構(gòu)建P點(diǎn)處的切平面Τ，并將鄰點(diǎn)Pi投射到切平面T上，記投射后的點(diǎn)集為投射鄰域N'； 步驟3、對投射鄰域N'進(jìn)行優(yōu)化:通過扇形區(qū)域均勻劃分和各向均衡選擇，進(jìn)一步優(yōu)化給定點(diǎn)P的投射鄰域N'，使給定點(diǎn)P在各個(gè)方向上均有最近的投射鄰點(diǎn)，記優(yōu)化后的點(diǎn)集為優(yōu)化鄰域N"； 步驟4、獲取給定點(diǎn)P的Delaunay鄰邊:利用二維Delaunay方法對給定點(diǎn)P及其優(yōu)化鄰域N"進(jìn)行三角網(wǎng)格建模，將獲取的二維Delaunay三角網(wǎng)格反向映射到三維鄰域空間，并提取和存儲與給定點(diǎn)P相連的三維Delaunay鄰邊； 步驟5、完成三角網(wǎng)格建模:重復(fù)步驟2-4，對每個(gè)點(diǎn)重復(fù)上述算法，繼而完成整個(gè)三維點(diǎn)云的三角網(wǎng)格建模。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種室內(nèi)場景非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格建模方法，其特征在于:所述步驟2鄰域切平面投射，具體包括以下子步驟: 步驟(a)、計(jì)算三維點(diǎn)云的平均距離d，設(shè)定5d為鄰域半徑，提取給定點(diǎn)P的鄰域N ； 步驟(b)、通過公式 M = Ef=i(Pi — P) (Pi — P).1’(I) 求取鄰域N的協(xié)方差矩陣M,式中％為鄰點(diǎn)，i為鄰點(diǎn)的序號，k為鄰點(diǎn)的個(gè)數(shù),T為向量轉(zhuǎn)置符號，其將列向量轉(zhuǎn)置為行向量； 步驟(C)、求取M的特征值λ 1、λ 2、λ 3( λ j< λ 2< λ 3),以及相應(yīng)的特征向量Vp v2、V3 ；步驟(d)、將最小特征值λ i對應(yīng)的特征向量V1單位化，即得到給定點(diǎn)P的法向量η ；步驟(e)、將鄰域N中的每個(gè)點(diǎn)均投射到法向量η所對應(yīng)的切平面T上，將投射后的點(diǎn)集記為投射鄰域N'。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種室內(nèi)場景非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格建模方法，其特征在于:所述步驟3對投射鄰域N'進(jìn)行優(yōu)化，具體包括以下子步驟: 步驟(a)、在切平面T內(nèi)，以給定點(diǎn)P為原點(diǎn)，構(gòu)建過原點(diǎn)P的直線，并使之從水平位置開始順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一周，每間隔22.5度，劃分一個(gè)扇形區(qū)域，最終可形成16個(gè)以原點(diǎn)P為中心的扇形區(qū)域； 步驟(b)、將位于P點(diǎn)切平面T內(nèi)的投射鄰域N'置入步驟(a)中劃分好的扇形區(qū)域內(nèi)； 步驟(C)、提取每個(gè)扇形區(qū)域中距離原點(diǎn)P最近的點(diǎn)，這些點(diǎn)就構(gòu)成優(yōu)化后的點(diǎn)集，記為優(yōu)化鄰域N"。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種室內(nèi)場景非均勻三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格建模方法，其特征在于:所述步驟4獲取給定點(diǎn)P點(diǎn)的Delaunay鄰邊,具體包括以下子步驟: 步驟(a)、采用分治的方法，將優(yōu)化鄰域N"按照X坐標(biāo)，劃分為若干個(gè)小區(qū)域，每個(gè)小區(qū)域中的點(diǎn)個(gè)數(shù)不大于3，對于每個(gè)小區(qū)域而言，要求都能保證符合Delaunay判據(jù)； 步驟(b)、將相鄰小區(qū)域整合為一個(gè)較大的符合Delaunay判據(jù)的區(qū)域； 步驟(C)、重復(fù)步驟(b)，再將每個(gè)較大區(qū)域逐層合并，直至所有較大區(qū)域合并為一個(gè)整體，至此，單次的局部Del aunay三角劃分完成；根據(jù)Del aunay三角化的唯一'丨生準(zhǔn)則,可以得到唯一的Delaunay三角化結(jié)果； 步驟(d)、從構(gòu)建的二維De I aunay三角劃分結(jié)果中提取與給定點(diǎn)P相連的邊，將其反向映射到三維鄰域空間，并進(jìn)行存儲，所存儲的邊即為給定點(diǎn)P點(diǎn)的三維Delaunay邊。
【文檔編號】G06T17/30GK104318622SQ201410581951
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月25日
【發(fā)明者】安毅, 孫康, 李卓函 申請人:大連理工大學(xué)