[發明專利]一種無序三維離散點云切片式構網方法

在審

• 申請號: 202210012797.1
• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN114463514A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 段延松;周琪;陶鵬杰;柯濤
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 羅飛

1.一種無序三維離散點云切片式構網方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，獲取無序三維離散點的有效范圍和密度；

步驟1.1，統計三維離散點在X、Y、Z方向的坐標最大值和最小值，使用直方圖統計算法剔除點云中的噪聲點，得到點云的有效范圍；

步驟1.2，使用現有點云密度計算算法得到點云密度；

步驟2，在X、Y、Z三個方向選取有效范圍最大的方向為主方向，然后以該方向的密度值為間隔，沿主方向對無序三維離散點進行切片；

步驟3，按順序對所有切片數據在其切面上求離散點集的凸包；

步驟4，將所有切面凸包按主方向進行排序，對第一個切面和最后一個切面進行閉合環內構三角網，即將兩個切面構造為閉合面；

步驟5，按主方向順序對相鄰兩個凸包邊界進行三角構網，最終完成全部點云的表面構網。

2.如權利要求1所述的一種無序三維離散點云切片式構網方法，其特征在于：步驟1.1中首先統計X、Y、Z三個方向點云坐標的最大值和最小值，以Δx、Δy、Δz為間隔對X、Y、Z三個方向的點數分別進行直方圖統計，然后刪除三個直方圖中最大、最小兩個邊界的噪聲點，得到點云的有效范圍；Δx、Δy、Δz的計算公式如下：

式中，maxX、maxY、maxZ、minX、minY、minZ為X、Y、Z方向上的最大、最小值，n為直方圖一維數組的維數。

3.如權利要求1所述的一種無序三維離散點云切片式構網方法，其特征在于：步驟3中求每個切片離散點集的凸包，也即轉換成二維平面內求凸包問題，以垂直于主方向的兩個坐標軸建立切面平面坐標系，然后用經典卷包裹法對各切面求凸包；首先選擇切面離散點集中y坐標最小的點作為凸包的第一個點，如果有多個點y坐標相同且都是最小值，則選擇其中z坐標最小的點作為凸包的第一個點；接著以第一點為端點，向y坐標反方向作射線并逆時針旋轉，當射線經過離散點集中第一點時，將此點作為凸包的第二個點；然后以當前射線方向為基準，當前點為端點，繼續逆時針旋轉找離散點集中下一個過射線的點，并將此點定為當前點，最后重復這個過程直到回到第一個點，此時獲得的所有端點的連線即為所求的凸包。

4.如權利要求1所述的一種無序三維離散點云切片式構網方法，其特征在于：步驟4中包括以下幾個子步驟：

步驟4.1，在切面上找凸包內離重心最近的的一個點作為第一個點加入閉合環，并與閉合環上每個點進行連接，形成第一次插入后的三角網；

步驟4.2，以當前三角網為基礎，判斷剩下的點落入哪一個三角形，將點加入并與此三角形的三個頂點相連形成三個三角形；

步驟4.3，重復步驟4.2直到所有點都加入完畢，即可實現閉合環內構三角網。

5.如權利要求1所述的一種無序三維離散點云切片式構網方法，其特征在于：步驟5中包括以下幾個子步驟：

步驟5.1，對于相鄰兩個凸包，左凸包的每個頂點，都在右凸包上尋找與之距離最近的頂點并進行連接，允許多個點對應一個點，也允許一個點對應多個點；

步驟5.2，對于右凸包中沒有被連接的頂點，則在左凸包中搜索與之最近的頂點進行連接，確保相鄰兩個凸包的所有頂點都被連接；

步驟5.3，判斷連接后的表面是否都構成三角網，若未全部構成三角網，則對剩余子塊進行三角剖分，直至相鄰兩凸包之間構網形成三角網絡；

步驟5.4，沿主方向順序，對所有切片進行步驟5.3的構網操作，最終完成點云表面構網。

6.如權利要求1所述的一種無序三維離散點云切片式構網方法，其特征在于：步驟5.3中以兩凸包間連接線為基本判斷單元，沿左凸包逆時針方向遍歷每一個頂點的連接線，其在左凸包上的端點為1號點，其在右凸包上的端點為2號點，若在左、右凸包當前頂點的逆時針方向存在一個點與連接線兩端點1，2號點均相連，則此三個點已構成一個三角形，繼續對下一條連接線進行判斷；若左、右凸包當前頂點的逆時針方向不存在與該連接線兩端點均相連的點，則以左凸包內當前連接線的端點為起始點，沿逆時針方向搜索下一個點作為3號點，同時以當前連接線在右凸包內的端點為起始點沿逆時針方向搜索下一個點作為4號點，此時1、2號點已相連，且1、3號點均位于左凸包，2，4號點均位于右凸包，選擇3號和2號點，4號和1號點距離更短者進行連接，得到新的連接線；對新產生的連接線重復上述操作，直至不再有新的連接線產生，即完成相鄰兩凸包之間的三角網構網處理。