[發明專利]一種基于數據降維的三維點云模型壓縮方法及其實現系統

在審

• 申請號: 202010439775.4
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111612859A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 何辰
• 申請（專利權）人: 濰坊學院
• 主分類號: G06T9/00
• 分類號: G06T9/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

本發明涉及一種基于數據降維的三維點云模型數據壓縮方法及其實現系統，包括：(1)主元分析，獲取三維點云模型的緊密包圍盒；(2)量化處理，進行柵格劃分，實現對點的坐標數據的量化處理；(3)數據降維，把XOY平面作為輔助平面，將所有柵格點向輔助平面投影，在XOY平面上記錄Z方向有效柵格點的數目，存儲到一個二維數組中，同時，建立一個一維數組，存儲有效柵格點的Z坐標；(4)算術編碼：對步驟(3)得到的二維數組中的數據和一維數組中的數據進行熵編碼，得到壓縮后的比特流。本發明經過量化和數據降維處理后，只需要存儲量化后每個點的Z坐標以及一個編碼代價很小的輔助二維數組，大大減少了數據量，達到提高壓縮率的目的。

技術領域

本發明涉及數字幾何處理以及計算機數據壓縮領域，具體為一種基于數據降維的三維點云模型數據壓縮方法及其實現系統。

背景技術

隨著三維掃描和相關建模技術的快速發展，三維數字幾何模型作為一種新興的數字媒體，已逐漸融入到人們的生產和生活中，在三維游戲，影視特效，計算機仿真，自主導航，工業檢測，逆向工程，醫療診斷以及數字文化遺產保護等方面取得了日益廣泛的應用。另一方面，由于移動互聯網的快速發展以及移動設備處理能力的不斷提高，移動互聯網上的三維應用必將成為以后的一個發展趨勢。這就對存儲空間、計算能力、交互性能和網絡帶寬等方面提出了越來越高的要求。為了滿足這些要求，必須要對三維模型數據進行有效的壓縮。

在計算機和移動設備中，三維數據形式主要包括三維網格、三維點云、三維體數據等等。由于三維掃描技術的快速發展以及Kinect等深度攝像頭的廣泛使用，三維點云數據近年來受到了越來越廣泛的關注。傳統的三維網格模型不僅需要存儲幾何數據(點的坐標)，還要存儲拓撲數據(即點與點之間的連接關系)，因此，傳統的三維模型簡化與壓縮方法，壓縮比不理想且計算量較大，不適合在移動互聯網環境下使用。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明選取三維點云作為三維模型的表示形式，提出了一種基于數據降維的三維點云模型數據壓縮方法，實現提高三維模型數據壓縮率的目的。

本發明還提出了上述基于數據降維的三維點云模型數據壓縮方法的實現系統。

相對于三維網格模型，三維點云模型在表示方法和壓縮方法上更加的簡潔，不需要考慮模型的拓撲數據。

術語解釋：

主元分析，Principal Component Analysis,PCA，是基于原始數據空間，通過構造一組新的潛隱變量來降低原始數據空間的維數，再從新的映射空間抽取主要變化信息，提取統計特征，從而構成對原始數據空間特性的理解。

本發明的技術方案為：

一種基于數據降維的三維點云模型數據壓縮方法，包括步驟如下：

(1)主元分析：對輸入的原始三維點云模型進行主元分析，獲取三維點云模型的緊密包圍盒；

(2)量化處理：對原始三維點云模型的緊密包圍盒進行柵格劃分，實現對點的坐標數據的量化處理；劃分的柵格數可以通過固定量化位數或者固定量化誤差來計算；柵格劃分后，有的柵格包含原始三維點云模型中的點，記為有效柵格點；有的柵格不包含原始三維點云模型中的點，記為無效柵格點(空柵格點)；量化處理后，以所有有效柵格點的中心點作為三維點云模型表面的點，這樣，原始三維點云模型表面點的坐標都被量化為了整數值。

(3)數據降維：以緊密包圍盒的左下角點為原點O，向右為X軸，向上為Y軸，向后為Z軸；