[發明專利]計算機輔助地完備由點形成的3D部分模型的方法和設備

在審

• 申請號: 202211148774.X
• 申請日: 2022-09-21
• 公開（公告）號: CN115861564A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: H·G·梅爾
• 申請（專利權）人: 西門子瑞士有限公司
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G06N3/08;G06N3/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 盧江;劉春元

計算機輔助地完備由點形成的3D部分模型的方法和設備。本發明要求保護一種用于計算機輔助地完備對象的通過至少一個檢測裝置檢測的部分區域的由點形成的3D部分模型的方法，所述方法具有以下步驟：通過將3D部分模型與來自對象的可預先給定或預先確定的集合的一個或多個可比較的3D對象進行比較和/或通過將3D部分模型與通過3D部分模型的至少一部分在事先確定的對稱平面或對稱軸處的鏡像所形成的3D模型進行比較確定對象的幾何形狀，根據所確定的對象的幾何形狀辨認對象的隱藏的或缺失的部分區域，利用辨認出的對象的隱藏或缺失的部分區域將3D部分模型補充為完整的3D模型，以及在輸出單元處輸出完備的3D模型。

技術領域

本發明涉及用于計算機輔助地完備由點形成的3D部分模型的方法和設備以及相關的計算機程序（產品）。

背景技術

由于便宜的LiDAR設備（英語Light imaging, detection and ranging（光成像、探測和測距）的縮寫）越來越流行，所以在此期間可以為大量應用生成和評估點云。 LiDAR是與雷達有關的用于光學距離和速度測量以及用于大氣參數的遠程測量的方法。LiDAR是三維激光掃描的形式。點云是向量空間的點的集合，該集合具有無組織的空間結構（“云”）。點云通過所包含的點來描述，所述點分別通過其空間坐標來檢測。

現今，點云可以利用移動設備與視頻電影一樣快速地產生，或者在此期間也可以由任何人自己產生身體部位（尤其面部/頭部）的簡單3D模型（例如利用從iPhone已知的FaceID技術）。但是，點云的這種快速的、簡單的產生的缺點是其不完整性。因此，例如在檢測家具場景時，只檢測直接從用戶可見的表面。在圖1a中示出作為原始視圖中的點云的物品。在那里描繪了處于地板B上的桌子T連同被放在桌子上的水壺K。但是，一旦從另一視角觀察點云，該點云僅僅不完整地顯現。這可以在圖1b到圖1d中識別出。在圖1b中，如果地板表示坐標系和不同視圖的參考平面，則以進一步“向下”的另一視圖示出相同的物品。在圖1c中由原始視圖右側的視圖示出相同的物品并且在圖1d中由原始視圖的相對側的視圖示出相同的物品。

利用網格劃分方法，可以從點云創建可以在CAD系統（Computer Aided Design（計算機輔助設計））中被進一步處理的3D表面、3D對象和數字地形模型（縮寫為DGM）或建筑模型（縮寫為BIM）。

基于圖像的網格劃分表示從三維圖像文件創建簡化的表面描述的自動化過程，而不執行表面的在前的重建。例如已通過成像系統或檢測裝置創建的圖像文件可以通過這種方法被轉化為計算機模型。從三維圖像文件創建多邊形網絡有大量挑戰，但是也有進行定義范圍的更真實的和更精確的幾何描述的可能性。相反，點云可以由通過網格劃分創建的模型產生。

除了隱藏或缺失部分的純光學問題之外，如果例如應通過快速相機檢測或掃描來估計：辦公室中多少空閑空間還可用于進一步裝飾，或哪些面積/表面必須被清潔，則這也使表面、質量和體積的計算變得困難。作為另外的示例，物品或醫療輔助裝置的單獨制造（例如對頭部的部分掃描以用于適配眼鏡/頭盔或對手的掃描以用于適配單獨的手夾板）將是可設想的。即使在這種情況下，用戶也幾乎不能在其自己操作設備期間完成對相應的身體部位的完整掃描。因此，目標是盡可能地完備所掃描的場景或所掃描的對象，以便改善場景的視覺印象并且也實現簡單的表面和體積估計。

為了在3D掃描期間所有表面都存在或閉合，可能的是，完整地利用檢測或記錄設備圍繞各個對象移動或者在固定的記錄設備的情況下使對象本身（例如在轉盤上）移動。這在沒有LiDAR技術的純粹基于圖像的重建方法的情況下是必要的。但是，尤其在掃描房間時該方式不大實用并且耗時。為了例如正確地檢測家具，必須圍繞每把椅子并且在每張桌子后面/下面進行掃描，以便對這些家具物品完整地進行成像。這利用確定的設備（例如固定式掃描儀或移動式掃描儀）是不可能的。