三維點云數據的精簡與平滑處理算法.pdf

1、逆向工程技術是進行產品設計、開發(fā)的先進制造技術,其已發(fā)展成為 CAD中的一個相對獨立的研究領域。三維點云數據處理技術是逆向工程中的關鍵技術之一,其中數據精簡與平滑技術是數據處理的兩個重要組成部分,決定著后續(xù)曲面建模的質量和效率,具有十分重要的研究意義。本文對一種新型的三維掃描測量系統(tǒng)——基于標記點的流動式三維掃描測量儀得到的三維點云數據的特征進行了分析,針對其散亂分層的特點提出了一種有序化的精簡方法,主要的研究內容有以下幾個方面:

2、>　　1.提出并實現(xiàn)了一種R樹與八叉樹相結合的空間索引方法,能夠快速準確地獲取局部點云數據,保證良好的數據檢索效率。該方法利用工件表面的標記點的三維坐標,結合R-tree和八叉樹原理,建立點云的空間索引:首先計算包含所有點云數據點的最小空間矩形,將該空間矩形劃分成相同大小的三維網格;然后根據分布于工件表面的標記點的已知三維坐標,以包含標記點的三維網格為中心對所有包含數據點的三維網格進行聚類運算;對于包含數據點的三維網格,根據設定的分裂條

3、件對其進行八叉樹分裂,直至所有的三維網格都收斂。
　　2.根據實際工程應用中的需求,針對激光掃描儀所得三維點云的散亂分層的特點,提出并實現(xiàn)了一種有序化精簡方法。首先獲取以點云空間索引的葉節(jié)點為中心的27個空間網格中的點云數據,將其作為局部點云數據并對其進行最小二乘平面擬合,根據參考平面的法向量信息建立局部參考坐標系;將點云數據坐標轉換到局部坐標系下后,依據局部坐標系建立參數坐標系,對局部點云數據進行參數化;然后利用數據點的局部坐標

4、與參數化坐標擬合二次曲面,并在二次曲面上進行有序化采樣;最終將采樣點轉換到工件坐標系后,得到有序的精簡數據點集。
　　3.根據理論研究成果,在Windows XP平臺上采用Microsoft Visual C++進行了系統(tǒng)集成開發(fā)。
　　試驗結果表明,本文提出的索引結構創(chuàng)建速度較快,可以快速準確地獲得局部型面的點云數據。精簡效果方面,經本課題中算法精簡后的點云由散亂分層變?yōu)閱螌?不僅較好地保留了工件原有的型面細節(jié)特征,而且點