[發(fā)明專利]一種點(diǎn)云主曲率方向計(jì)算方法與流程

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011485791.3
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112561984B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 聶建輝;喻孟娟
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: G06T7/64
• 分類號: G06T7/64
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強(qiáng)

本發(fā)明提出一種點(diǎn)云主曲率方向計(jì)算方法與流程，包括如下步驟：建立以當(dāng)前點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以當(dāng)前點(diǎn)法向量為z軸的局部坐標(biāo)系；在局部坐標(biāo)系內(nèi)創(chuàng)建過當(dāng)前點(diǎn)且分別以x，y軸為法向量的平面，同時(shí)，以到平面距離為權(quán)重計(jì)算領(lǐng)域點(diǎn)的法向變化；將計(jì)算出的法向變化量較大的平面繞z軸向法向變化量較小的平面旋轉(zhuǎn)45°；重新計(jì)算以到平面距離為權(quán)重的領(lǐng)域點(diǎn)的法向變化，并且將重新計(jì)算出的法向變化量較大的平面繞z軸向法向變化量較小的平面旋轉(zhuǎn)，且每次迭代時(shí)旋轉(zhuǎn)角度減半；重復(fù)上一步驟直到旋轉(zhuǎn)角度小于一定閾值后退出計(jì)算過程。本發(fā)明采用了剪刀法求取主曲率方向，從容易獲得較高計(jì)算精度的法向量入手，具備良好的準(zhǔn)確性和魯棒性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及一種點(diǎn)云主曲率方向計(jì)算方法與流程，屬于圖形與可視化領(lǐng)域。

背景技術(shù)

點(diǎn)云是一種能夠表示三維模型表面數(shù)據(jù)的一種形式。主曲率方向能夠表征點(diǎn)云特征在局部曲面的走向，能夠?yàn)閹缀翁卣鞯谋磉_(dá)和處理提供重要的信息。目前主曲率方向的估計(jì)方法大致可以分為三大類。第一類是進(jìn)行局部曲面擬合，求出二次或者三次曲面，再根據(jù)微分幾何理論求出主曲率和主方向；第二類是先對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化，再取一個(gè)或者二個(gè)環(huán)內(nèi)的近鄰點(diǎn)進(jìn)行主曲率或者主方向的估計(jì)；第三大類是直接對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行微分幾何特征量的計(jì)算。

在傳統(tǒng)的利用二次曲面擬合鄰域點(diǎn)求取曲率的方法中，主曲率方向是曲率求解的附帶結(jié)果,并且直接從點(diǎn)云進(jìn)行計(jì)算時(shí)，有些方法只是利用點(diǎn)的位置信息，沒有利用各個(gè)點(diǎn)的法向量信息，這樣會使得方法的魯棒性較差；也有一些方法用了法向量信息，但是他們往往結(jié)合第一類方法，把法向量作為一個(gè)約束條件加以利用，增加了主曲率和主方向模型求解的計(jì)算時(shí)間和存儲空間的開銷。

綜上所述，在點(diǎn)云主曲率方向計(jì)算領(lǐng)域仍有一些問題需研究來攻克。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種點(diǎn)云主曲率方向計(jì)算方法與流程。根據(jù)微分幾何理論，曲面在最大/最小主曲率方向上的密切圓半徑最小/最大；相應(yīng)的，局部曲面在相應(yīng)方向上的法向量變化取得極值，鑒于此，本發(fā)明考慮到將主曲率方向計(jì)算轉(zhuǎn)換為尋找局部曲面法向量變化極值問題進(jìn)行處理。

為達(dá)到此目的，本發(fā)明提供如下的技術(shù)方案：

一種點(diǎn)云主曲率方向計(jì)算方法與流程，包括以下步驟：

S1：建立以當(dāng)前點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以當(dāng)前點(diǎn)法向量為z軸的局部坐標(biāo)系；

S2：在局部坐標(biāo)系內(nèi)創(chuàng)建過當(dāng)前點(diǎn)且分別以x，y軸為法向量的平面，同時(shí)，以到平面距離為權(quán)重計(jì)算領(lǐng)域點(diǎn)的法向變化；

S3：將步驟S2所計(jì)算出的法向變化量較大的平面繞z軸向法向變化量較小的平面旋轉(zhuǎn)45°；

S4：重新計(jì)算以到平面距離為權(quán)重的領(lǐng)域點(diǎn)的法向變化，并且將重新計(jì)算出的法向變化量較大的平面繞z軸向法向變化量較小的平面旋轉(zhuǎn)，且每次迭代時(shí)旋轉(zhuǎn)角度減半；

S5：重復(fù)步驟S4直到旋轉(zhuǎn)角度小于一定閾值后退出計(jì)算過程。

進(jìn)一步的，所述步驟S1包括：建立以當(dāng)前點(diǎn)p為原點(diǎn)，以點(diǎn)p的法向量為z軸正向的局部坐標(biāo)系。

進(jìn)一步的，所述步驟S2包括：設(shè)置兩個(gè)相互垂直的平面U(0,1,0,0)和平面V(1,0,0,0)，并分別利用式(1)所示的基于雙邊加權(quán)的方法求取當(dāng)前點(diǎn)p在方位θ上的法向量變化△n_θ；