[發(fā)明專利]一種自動的非封閉隱式曲面重建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210270917.4
• 申請日: 2012-08-01
• 公開（公告）號: CN102881047A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 溫佩芝;寧如花
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué);溫佩芝
• 主分類號: G06T17/30
• 分類號: G06T17/30
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標(biāo)事務(wù)所有限責(zé)任公司 45112
• 代理人: 劉梅芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于產(chǎn)品逆向工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自動的非封閉隱式曲面重建方法。

背景技術(shù)

通過三維掃描設(shè)備獲得物體表面的散亂點云數(shù)據(jù)，同時將這些點云數(shù)據(jù)輸入文件進(jìn)行存儲，稱為三維點云模型。三維點云模型是一種新興的三維幾何模型存儲結(jié)構(gòu)，它是物體模型在三維坐標(biāo)系中點的集合。通常，點云模型不能直接用于實際的三維模型幾何造型，必須將點云模型轉(zhuǎn)化為曲面模型，即為散亂點云數(shù)據(jù)的三維曲面重建技術(shù)。三維曲面重建技術(shù)廣泛應(yīng)用于逆向工程、產(chǎn)品設(shè)計、機(jī)械制造、三維測量、虛擬現(xiàn)實、地質(zhì)勘探、動漫等多個領(lǐng)域。例如，逆向工程(Reverse?Engineering,?RE)，又稱反求工程，主要是對已有產(chǎn)品、零部件、實物的原型或模型進(jìn)行三維激光掃描以獲取點云數(shù)據(jù)，然后對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行三維曲面重建處理，在重建出的數(shù)字模型基礎(chǔ)上進(jìn)行分析和改進(jìn)，可快速設(shè)計生成新的產(chǎn)品模型，最后通過先進(jìn)的數(shù)控制造技術(shù)直接實現(xiàn)新產(chǎn)品的生產(chǎn)制造。

實際上受多種因素的影響，測量設(shè)備大多無法一次性完成數(shù)據(jù)測量，必須變換測量位置從多個視角獲取模型的物理信息，而從每個視角采集得到的點云模型都是非封閉的，需要后續(xù)對不同角度模型之間求交、求并、偏置等大量操作處理后才能拼接成封閉的曲面，由于采集得到的三維點云數(shù)據(jù)一般只提供點的位置坐標(biāo)和對應(yīng)的法向量，不包含任何與曲面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相關(guān)的信息，所以直接對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接是非常困難的。而且在實際應(yīng)用中，大部分實體模型本身也是非封閉的。因此，對非封閉曲面進(jìn)行自動重建具有重要的現(xiàn)實意義。

對國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索和研究分析在現(xiàn)有的曲面重建算法中，隱式曲面因其具備易于實現(xiàn)交、差、并等集合操作，易于判斷給定點是否位于曲面上或處于某一側(cè)，能表示拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜的幾何形體，對輕微的噪聲不敏感等特點，成為當(dāng)今三維曲面重建技術(shù)的主流。隱式曲面表示方法最大的特點是可以把一個相當(dāng)復(fù)雜的物體表面用一個函數(shù)來描述，能夠表示任意復(fù)雜的曲面。隱式曲面重建算法具有很多優(yōu)點，但其缺點是不能有效的對非封閉點云模型曲面進(jìn)行正確重建。使用MPU和CSRBF算法對非封閉模型進(jìn)行重建，生成的曲面在模型邊界出現(xiàn)大量不合理的偽三角面片，重建出的模型曲面無法正確表達(dá)出非封閉模型的真實特征。Poisson曲面重建算法是一種較新的全局的曲面重建算法，具有良好的抗噪性，可獲得光順重建曲面的同時保留物體的細(xì)節(jié)特征，但由于Poisson算法對模型曲面函數(shù)的求解是一個封閉的過程，不引入跟模型形態(tài)相關(guān)的信息，使得Poisson方法重建出的模型曲面總是封閉的，即使是對非封閉的點云模型也會自動重建出封閉的曲面，因此該方法無法實現(xiàn)非封閉點云模型的重建。

綜上所述，現(xiàn)有隱式曲面重建技術(shù)在對非封閉散亂點云模型進(jìn)行三維重建時，只能采用交互式人工手動割除重建算法生成的不合理三角面片形成的偽曲面，這要求操作人員必須具有很高的專業(yè)水平和工作經(jīng)驗，否則就很難保證得到的非封閉模型邊界的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致實際應(yīng)用中非封閉曲面重建的穩(wěn)定性較差且工作效率低下。如何利用隱式曲面三維重建方法自動準(zhǔn)確地重建出非封閉模型曲面，仍是目前三維曲面重建領(lǐng)域中沒能有效解決的技術(shù)難題之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種自動的非封閉隱式曲面重建方法。該方法克服了現(xiàn)有技術(shù)中隱式曲面重建方法難以進(jìn)行非封閉曲面重建的不足，提供一種自動的、精確的、計算效率高且魯棒性強(qiáng)的基于平均最大距離的非封閉曲面重建方法，使其適應(yīng)于任意復(fù)雜的基于隱式曲面的非封閉模型自動重建。