[發明專利]一種基于Shepard插值的根號三細分飛艇囊體曲面重構方法

有效

• 申請號: 201710426984.3
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107330977B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 謝永杰;郭凱;寧輝;王才林;錢克昌
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防大學聯合勤務學院
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

本發明提供了一種基于Shepard插值的根號三細分飛艇囊體曲面重構方法，以激光雷達測量得到的點云數據為基礎，建立初始三角網格后，以根號三細分曲面重構方法的網格分裂規則對新插入的網格點坐標采用Shepard插值與根號三細分交替往復進行計算。本發明綜合了Shepard插值算法對重構曲面不產生收縮或擴張等現象、降低了重構曲面與實際曲面之間的誤差，以及根號三細分曲面重構方法曲面光滑性良好、三角網格數量增長緩慢等優點，利于曲面重構，尤其適用于臨近空間在地面受到不同風載作用時囊體形態的測量需要。

技術領域

本發明涉及飛行器測試技術領域。

背景技術

近些年隨著臨近空間開發的熱潮，各種新型飛行器不斷涌現，其中臨近空間飛艇由于其潛在的用途，受到越來越多的研究重視。臨近空間飛艇都為軟式飛艇，飛艇的外形受到充氣量、載荷、風載等因素的影響，因此飛艇囊體在地面轉運放飛過程中的具體形狀很難根據飛艇設計初的原型呈現出來，而飛艇囊體的外形直接影響到附著在囊體上的設備的可靠性，并且飛艇囊體變形影響到囊體安全性。因此在地面轉運過程中需要對飛艇囊體進行形態與變形測量。為得到飛艇囊體形狀，并進一步監測囊體的變形，研究人員采用基于激光雷達掃描囊體的方法，得到囊體曲面上部分點的點云數據，根據點云數據對飛艇囊體進行曲面重構，并監測囊體形態。

激光雷達掃描飛艇囊體得到點云數據后，即可以重構飛艇曲面，從而實現對飛艇囊體形態變化監測。對軟式飛艇囊體進行曲面重構的方法有參數曲面重構、細分曲面重構等。細分曲面是一個網格序列的極限，網格序列則是通過采用一組規則，在給定初始網格中插入新頂點，并不斷重復此過程而獲得。該方法克服了參數曲面處理任意拓撲存在的困難，因為在不規則拓撲處只需要采用特殊的細分法則就可以了，不像參數曲面需要處理很復雜的邊界拼接問題，因此細分曲面造型適用于飛艇形態與變形監測。細分曲面造型中運用最為廣泛的方式是在三角網格邊上插入邊點進行分割，如Loop細分方法、butterfly細分方法，即在舊三角邊直接插入一個新頂點，將舊邊分割成兩條新邊。該方式使得每個三角面細分為四個更小的三角面。若在三角形邊中插入n-1個點，即將每條舊邊分割為n條新邊，同時將新定點和舊頂點按一定拓撲規則連接，使得每個三角面細分為n²個更小的三角面。因此，將原邊分割成三條新邊之后，得到的三角網格數量增加9倍。上述傳統細分方法具有網格數量增長快，且對原始數據進行了空間移動，使得重構曲面產生收縮或擴張，與實際曲面產生較大誤差，不利于飛艇形態與變形監測。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種適用于臨近空間飛艇囊體形態重構的方法，具有Shepard插值細分精度高以及傳統根號三細分算法三角形細分速度慢、重構曲面光滑的優點，可以對平流層飛艇的變形進行精度重構。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

步驟1，第一次細分，首先細分網格，插入新面點，新面點除高程外的二維坐標值其中，V_i1、V_j1、V_k1分別為初始控制網格三角形的三個頂點；然后光順曲面，對新面點Shepard插值得到其高程值

其中，R為根據點云疏密程度選取的參數，使得有設定數量的點落入以新面點為圓心以R為半徑的圓域中；r_i為點云中的點i到新面點的二維距離；x為新面點三維坐標中的x坐標分量值；x_i為點i的三維坐標中的x坐標分量值；y為新面點三維坐標中的y坐標分量值；y_i為點i的三維坐標中的y坐標分量值；N為點云數量；f_i為點i的高程值，μ為插值算法中的無綱量非負參數；