[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

本發明涉及一種無序三維離散點云切片式構網方法。首先對無序三維離散點開展切片操作，然后在每個切面上求出三維離散點集的凸包，最后將凸包按切開的順序組合在一起，即可完成任意三維實體構網。本發明提出的切片構網算法簡單，處理速度快，計算效率高，對數據點無要求，可以處理任意形狀的三維實體，特別適用于三維地理信息數據的快速處理和實時三維建模。

技術領域

本發明屬于三維地理信息處理技術領域，具體涉及一種無序三維離散點云切片式構網方法。

背景技術

無序三維離散點云是三維空間信息處理的基本數據源，為了實現三維空間信息的有效表達和分析，通常要將三維離散點云擬合為三維實體，形成具體的幾何目標，例如用無序三維離散點云可以構網形成地形數據、建筑模型、公路模型、立交橋模型、鐵路模型等。然而如何簡單快速的構建三維模型一直是業界研究的熱點。目前最通用的算法是泊松三維模型構網法，簡稱泊松構網法，該方法理論嚴密，通用性好，但是計算相當復雜，計算過程中需要知道所有離散點的法向量，每次擴展都形成新的法向量，算法抗干擾能力較差。除泊松構網法外還可以用二維狄羅妮三角網加深度屬性來完成三維模型構網，簡稱狄羅妮法。狄羅妮法也是比較成熟的算法，在地理信息處理中被廣泛應用，但其無法表達在深度方向有多次覆蓋的數據模型，一般僅用于描述地形特征，無法描述復雜的三維實體。另一個比較成熟的三維構網算法是先構四面體，然后用圖割算法對四面體進行優化，最終生成三維模型，簡稱四面體法。四面體法可以描述任意形狀三維模型，具有較好的抗干擾性，但是算法比較復雜，特別是優化過程需要反復迭代，非常耗時。此外，四面體法與泊松構網法一樣，也需要知道所有離散點的法向量。綜上可知現有的三維構網算法都比較復雜，處理非常耗時，而且對構網離散點要求較高，限制了三維地理信息數據的快速處理。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種無序三維離散點云切片式構網方法。首先對無序三維離散點開展切片操作，然后在每個切面上求出三維離散點集的凸包，最后將凸包按切開的順序組合在一起，即可完成任意三維實體構網。

為了達到上述目的，本發明提供的技術方案是一種無序三維離散點云切片式構網方法，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；

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；

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；