[發明專利]帶有孔洞的三維點云的建模方法及地下電纜工井建模方法

有效

• 申請號: 201810507359.6
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108776993B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 趙江洪;馬思宇;黃明;張瑞菊;郭明;危雙豐
• 申請（專利權）人: 北京建筑大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 史霞

1.基于帶有孔洞的三維點云的建模方法，其特征在于，包括：

步驟一、導入三維點云，從三維點云中提取頂面點云，并且擬合得到頂面點云邊界線，依據三維點云的高度對頂面點云邊界線進行縱向拉伸，得到三維點云的整體邊界線，通過整體邊界線構建以面為單位的CSG-BREP模型；

步驟二、將三維點云依據CSG-BREP模型按幾何面分割成面點云，依據面點云擬合得到每個面的每個孔洞的孔洞中心坐標；

步驟三、將每個面的孔洞中心依次投影至CSG-BREP模型的對應的各個面上，以獲取孔洞中心在各個面上的投影點，輸入對應的孔洞的半徑或者擬合的對應的孔洞半徑，對每個孔洞中心依次拓撲剪裁得到具有孔洞的CSG-BREP模型，其中，CSG-BREP模型是頂點組成邊，邊組成環，環構成面，面再進一步組成殼或者體，由較低層級的拓撲對象逐級構建成較高層級的拓撲對象。

2.如權利要求1所述的基于帶有孔洞的三維點云的建模方法，其特征在于，三維點云的獲取方法為：采用三維激光掃描的方法獲取原始三維點云，然后對原始三維點云進行精簡，得到三維點云。

3.如權利要求1所述的基于帶有孔洞的三維點云的建模方法，其特征在于，步驟一中的CSG-BREP模型的各個面的構建方法為：若面為平面，則，

平面所在的無限平面參數方程由過平面中的任意一點以及面法線確定，平面的關鍵點為直線邊的首尾端點、曲線關鍵點的端點、以及曲線的關鍵點，將平面的關鍵點以順時針或者逆時針方向排列生成環類型的元素，然后以環的范圍為限制界限對無限平面進行剪裁，生成用以進行拓撲運算的平面的參數方程；

若面為曲面，則，

根據提取出曲面上下邊界線的關鍵點，建立兩組存放關鍵點的等長數組，依據上下邊界線的關鍵點生成B樣條曲線，由兩條B樣條曲線的笛卡爾積生成該曲面的參數方程。

4.如權利要求1所述的基于帶有孔洞的三維點云的建模方法，其特征在于，步驟二中采用RANSAC方法對孔洞的邊線點云進行空間圓擬合以及設定圓半徑以獲得孔洞中心。

5.如權利要求4所述的基于帶有孔洞的三維點云的建模方法，其特征在于，步驟三中獲取孔洞中心的實際坐標的方法具體為：首先計算候選曲面片的法向投影平方距離函數，然后使用剪枝策略對曲面片進行粗略排除，若判斷曲面片近似為平面，則將曲面片的參數域中點作為迭代算法的初始點，調用迭代算法求精，得到投影點；

若判斷曲面不能近似為平面，則將平方距離顯示化，進行凸包和增量構造，分別計算已知最小平方距離的u向凸包、v向凸包的交點對候選曲面片進行剪枝，得到新的曲面片，然后對新的曲面片進行遞歸判斷，然后再重新計算候選曲面的法向投影平方距離函數，重復上述判斷，直至得到投影點。

6.如權利要求1所述的基于帶有孔洞的三維點云的建模方法，其特征在于，步驟三中得到的具有孔洞的CSG-BREP模型的方法是通過模型間的拓撲運算方法。

7.基于權利要求1所述的基于帶有孔洞的三維點云的建模方法的地下電纜工井的三維重建方法，其特征在于，包括：

步驟一、導入單個工井的原始三維點云，對工井原始三維點云進行點云預處理，得到精簡去噪的工井三維點云，從工井三維點云中提取頂面點云，并且擬合得到頂面點云邊界線，依據工井三維點云的高度對頂面點云邊界線進行縱向拉伸，得到工井模型的整體邊界線，通過整體邊界線構建工井以面為單位的CSG-BREP模型；

步驟二、將工井三維點云依據CSG-BREP模型按幾何面分割成面點云，依據面點云擬合得到每個面點云的每個孔洞的孔洞中心；

步驟三、將每個面的孔洞中心依次投影至CSG-BREP模型的對應的各個面上，以獲取孔洞中心在各個面上的投影點，輸入對應的孔洞的半徑或者擬合的對應的孔洞半徑，對每個孔洞中心依次拓撲剪裁得到具有孔洞的工井的CSG-BREP模型；

步驟四、依據工井內部電纜點云，以CSG-BREP模型中的孔洞為首尾點進行電纜連接，得到單個工井模型；

步驟五、采用步驟一至步驟四的方法得到其它工井的工井模型；

步驟六、根據工井外部電纜點云將所得到的工井模型進行電纜連接，得到工井整體三維模型。