[發明專利]一種船體復雜外板三維點云數據精簡方法及裝置

在審

• 申請號: 201710175361.3
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN106951643A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 程良倫;佘爽;黃振杰
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F17/30
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 張春水,唐京橋

技術領域

本發明涉及船體外板加工領域，尤其涉及一種船體復雜外板三維點云數據精簡方法及裝置。

背景技術

水火彎板是指沿預定的加熱線對板材進行局部線狀加熱，并用水跟蹤冷卻使板材產生局部塑性變形，從而將板材彎成所要求的曲面形狀的一種彎板方法。長期以來，水火彎板工藝廣泛應用于船體外板復雜成型曲面的加工制造中，對船體復雜外板的檢測及成型曲面的判別是是船體彎板自動化成型加工的關鍵技術。其中，船體復雜外板形變三維點云數據重建出三維成型曲面的技術，可提供全面，直觀，準確的實時彎板曲面形變信息，是當今船體外板自動化加工技術的研究熱點。然而，由于船板較大，對于外板的三維點云數據的讀取和處理需要耗費大量的時間，且存在大量冗余的數據。

近年來，人們對三維散亂點云數據的精簡進行了大量的研究，目前已有的點云數據精簡方法按照是否構建點云數據的三角網格分為兩大類基于三角網格的點云精簡方法和直接對點云進行精簡的方法。其中直接對點云進行精簡不需要三角網格化的操作，精簡過程更為簡單，時間復雜度也更低。直接對點云精簡的方法包括：1)隨機采樣法；2)包圍盒法；3)均勻網格法曲率；4)曲率精簡法。但是，隨機采樣法、包圍盒法和均勻采樣法都沒有考慮到點云數據的局部特性，因此無法保留原始點云數據的細節特征。而曲率精簡算法雖能有效的保留曲面的表面特征，但是精簡率過大，比較耗時，尤其在處理船體復雜外板這種大規模點云數據時，這一缺陷更加明顯。

發明內容

本發明實施例提供了一種船體復雜外板三維點云數據精簡方法及裝置，解決了現有技術中對船體復雜外板三維點云數據的精簡方法無法在有效的保留曲面的表面特征的情況下也能用較高的運算效率進行精簡數據的技術問題。

本發明實施例提供的一種船體復雜外板三維點云數據精簡方法，包括：

通過采用K-D樹與八叉樹相結合的剖分準則將船體復雜外板的散亂的三維點云數據剖分成不同的節點空間，并建立三維點云數據之間的拓撲關系；

在每個節點空間中，采用拋物線擬合方法來進行特征曲率估算，獲得所有三維點云數據的曲率信息及每個節點空間的平均曲率；

根據所有節點空間的平均曲率，設定可調的曲率閾值；

根據曲率閾值對三維點云數據的所屬區域劃分為平坦區域或細節豐富區域，并對所屬區域為平坦區域的三維點云數據通過基于空間剖分的均勻網格法完成點云簡化，對所屬區域為細節豐富區域的三維點云數據通過最小距離法實現點云簡化。

可選地，通過采用K-D樹與八叉樹相結合的剖分準則將船體復雜外板的散亂的三維點云數據剖分成不同的節點空間，并建立三維點云數據之間的拓撲關系具體包括：

獲取船體復雜外板對應的所有三維點云數據的最小外包圍盒，并設定八叉樹的分割深度，依據分割深度確定八叉樹的葉節點大小，構建出對應的八叉樹；

對每個八叉樹的葉節點中的三維點云數據利用K-D樹進行組織，分別存儲索引信息和節點坐標信息，并將每個K-D樹的首記錄存放到對應的八叉樹葉節點中。

可選地，在每個節點空間中，采用拋物線擬合方法來進行特征曲率估算，獲得所有三維點云數據的曲率信息及每個節點空間的平均曲率具體包括：

在每個節點空間中，利用K-鄰域搜索節點空間內每個點的K個最近鄰，建立各節點空間內的散亂的三維點云數據的K-鄰域關系，采用拋物線擬合方法來進行特征曲率估算，獲得所有三維點云數據的曲率信息及每個節點空間的平均曲率。

可選地，根據所有節點空間的平均曲率，設定可調的曲率閾值具體包括：

根據所有節點空間的平均曲率，通過公式一確定初始曲率閾值，并針對不同的船體外板的三維點云數據模型中各區域所占的大小不同，通過公式二對初始曲率閾值進行修正，獲得修正后的曲率閾值，公式一具體為：

其中，為初始曲率閾值，n為點云數據的總和，I_j為每點的特征曲率；

公式二具體為：

其中，I'為修正后的曲率閾值，α為依據數據模型特征進行的索引取值。

可選地，根據曲率閾值對三維點云數據的所屬區域劃分為平坦區域或細節豐富區域，并對所屬區域為平坦區域的三維點云數據通過基于空間剖分的均勻網格法完成點云簡化，對所屬區域為細節豐富區域的三維點云數據通過最小距離法實現點云簡化具體包括：