[發明專利]多層黎曼圖約束的曲面樣本法向傳播方法

在審

• 申請號: 201810630897.4
• 申請日: 2018-06-19
• 公開（公告）號: CN108876834A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 孫殿柱;張碩;李延瑞
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: G06T7/50
• 分類號: G06T7/50;G06T17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明的目的在于提供一種適用于海量復雜采樣點集數據多層黎曼圖約束的曲面樣本法向傳播方法，屬于產品逆向工程領域，首先，利用目標樣點的鄰域關系實現曲面樣本的多層劃分，構建曲面樣本的多分辨率模型。然后，為該模型的結點構建黎曼圖，形成多層黎曼圖。最后，結合先序遍歷與MST算法，采用自上而下的策略，實現法向量在多層黎曼圖中的傳播。實驗結果表明，對于大規模實物表面曲面樣本，該算法可以提高法向統一的準確度，且計算效率和內存利用率得到顯著提高。

技術領域

本發明提供一種多層黎曼圖約束的曲面樣本法向傳播方法，適用于海量復雜曲面樣本，屬于產品逆向工程領域。

背景技術

曲面樣本法向估計是曲面重建過程中的重要問題。對曲面樣本的逼近或者插值重建，重建結果的正確性以及重建過程的計算效率皆有賴于正確的樣本法向估計結果。對于曲面上的任一樣點的法向，可基于該樣點及其鄰近樣點的位置信息所反映的曲面局部形狀的逼近進行估計。經法向估計所得樣點的法向具有二義性，即任一樣點的法向與其鄰近樣點的法向可能相反。這一問題是曲面重建研究中的核心問題，長期以來倍受關注。

現有曲面樣本法向統一方法主要分為實體法和表面法。實體法是將曲面樣本分割成若干個子集，通過判斷模型內外表面，確定樣點法向，但此方法依賴于采樣點可見性判斷且曲面樣本分割過程計算代價過大，不適于表面結構復雜的海量數據。表面法最早由Hoppe等人提出，該方法假設采樣表面處處平滑，在此基礎上，為曲面樣本構建黎曼圖，并以1-|n_i·n_j|為權函數構造無向圖的邊，通過遍歷最小生成樹實現樣點法向量的傳播。但此方法極易在尖銳、薄壁、近壁等曲率變化較大的區域失效。在Hoppe所提出算法的基礎上，Kong等將曲面局部樣本的Hermite曲面的平滑程度作為判斷法向傳播優先級的依據，適用于法向量在薄壁、近壁等特征區域處的傳播。Lee等將點云的拉普拉斯-貝爾特拉米算法作為權函數，有效提高了法向量在尖銳特征區域傳播的準確性。王醒策等在權函數的基礎上增加了切向約束，確保法向沿表面切向傳播，有效提高了近鄰面處法向量傳播的準確度。Liu等通過自動與交互式人工選取多個傳播源點相結合的方式實現樣點法向傳播，有效提高了法向一致化的正確性。

發明內容

為改善現有點云法向估計方法不適用于海量復雜曲面樣本的情況，本發明的目的在于提出一種多層黎曼圖約束的法向傳播方法。該方法能兼顧法向在海量復雜曲面樣本間的傳播效率與準確性，其實現方案為：

一種多層黎曼圖約束的法向傳播方法，其特征在于步驟依次為：(1)為曲面樣本P構建k-d樹，并將P中的樣點狀態初始化為自由點；(2)為P構建多分辨率模型T(P)；(3)采用自上而下的策略遍歷曲面樣本多分辨率模型T(P)的各層結點，為每個結點所包含的子集構造黎曼圖，構成P的多層黎曼圖RG(P)；(4)基于多層黎曼圖對曲面樣本進行法向傳播。

為實現發明目的，所述的多層黎曼圖約束的法向傳播方法，在步驟(2)中點云多分辨率模型T的結構為：(1)T的每個結點存儲P中的一個樣點，且同層任意兩個結點所存儲的樣點不同；(2)任意一個結點T所存儲的樣點是P中距T的子結點中存儲的樣點所構成的點集的均值點最近的樣點；(3)根結點不存儲樣點。