[发明专利]基于样点拓扑近邻的散乱点云曲面拓扑重建方法

权利要求书

1.一种基于样点拓扑近邻的散乱点云曲面拓扑重建方法，其特征在于步骤依次为：1)对三坐标测量设备输出的产品表面采样数据构成的散乱点云，采用基于四维聚类的结点分裂方法建立R*-tree树动态索引；2)从散乱点云中任取一样点作为目标样点，采用动态空心球区域增长k近邻查询算法获取目标样点的k近邻，令目标样点及其k近邻组成点集P，判断点集P是否满足偏心扩展条件，对满足偏心扩展条件的点集P进行偏心扩展，对不满足偏心扩展条件的点集P进行自适应扩展，获取目标样点拓扑近邻参考数据；3)根据目标样点拓扑近邻参考数据生成目标样点拓扑近邻参考数据的Voronoi图，查询与目标样点所在Voronoi单元相邻的Voronoi单元对应的样点，该样点即为目标样点的拓扑近邻；4)求解点集P的最小二乘平面F，计算点集P中各样点到F的最大距离H，将到F距离小于H的目标样点拓扑近邻定义为目标样点的同层拓扑近邻，目标样点的其它拓扑近邻为目标样点的异层拓扑近邻；5)将目标样点的同层拓扑近邻作为其Delaunay匹配点，依据目标样点拓扑近邻参考数据的Voronoi图判断目标样点与其同层拓扑近邻之间的空间邻接关系，连接相应样点生成局部Delaunay三角网格，将目标样点的同层拓扑近邻顺次添加到初始传播主环中，构建出网格初始传播主环；6)依据基于局部三维Delaunay的插值网格边界增量构造算法中的环分裂与自裁剪条件，通过对初始传播主环进行膨胀、分裂及自裁剪等增量操作将局部网格构造增量传播至整体点云，实现散乱点云的曲面拓扑重建。

2.如权利要求1所述的基于样点拓扑近邻的散乱点云曲面拓扑重建方法，其特征在于：对散乱点云进行曲面拓扑重建后，为进一步满足工艺要求，对工艺孔洞区域进行孔洞处理，设采样密度为ρ，将边长大于δρ(δ≥2)的三角面片视为不合理面片并删除，获取实际拓扑曲面。

3.如权利要求1所述的基于样点拓扑近邻的散乱点云曲面拓扑重建方法，其特征在于：步骤2)中，所述判断点集P是否满足偏心扩展条件的方法具体为：将目标样点标记为C，计算目标样点C与其k近邻之间的距离，查找其中最大值R，分别以点集P中各点为球心，R/4为半径作球，将球内包含点的个数标记为当前球心的质量，求解点集P的重心C₁的坐标，对于以目标样点C为起点并以k近邻各点为终点所构成的向量，计算其与向量CC₁之间的夹角，若各夹角都小于或等于90°，则目标样点的k近邻都位于一侧，满足偏心扩展条件；否则目标样点的k近邻分别位于目标样点两侧，不满足偏心扩展条件。

4.如权利要求1所述的基于样点拓扑近邻的散乱点云曲面拓扑重建方法，其特征在于：步骤2)中，所述对点集P进行偏心扩展的方法具体为：a)沿着向量C₁C的方向偏心扩展点集P，根据散乱点云的具体细节特征设定距离阈值ε，初始化扩展次数i＝0；b)计算向量C₁C的模d；c)若点集P中各点位于目标样点C的一侧且i·d≤ε，则转向步骤d)，否则，以点集P中样点为拓扑近邻参考数据，扩展结束；d)计算C₁关于C的对称点C₁，并作如下代换：C₁＝C，C＝C₁，R＝R+d，i＝i+1，以C为球心，R为半径作球，将球内的点添加到点集P中，转向步骤c)。

5.如权利要求1所述的基于样点拓扑近邻的散乱点云曲面拓扑重建方法，其特征在于：步骤2)中，所述对点集P进行自适应扩展的方法具体为：对偏心扩展后获得的点集P生成Voronoi图，获取目标样点C的Voronoi单元，计算目标样点C与其所在Voronoi单元各顶点的距离，记录其中最大值d_max，计算到目标样点C的距离小于等于2d_max的所有样点，作为目标样点C的拓扑近邻参考数据。

6.如权利要求1所述的基于样点拓扑近邻的散乱点云曲面拓扑重建方法，其特征在于：步骤5)中，所述构建网格初始传播主环的具体方法为：依据样点拓扑近邻参考数据的Voronoi图，遍历样点C所在Voronoi单元各面的边表，若共用该边的多面体链表中有三个成员，且此三成员的中心点有两个是样点C的同层拓扑近邻，则将此三成员的中心点连接成三角网格，该三角网格即为Delaunay三角网格，将生成的三角网格以Voronoi单元的面结构体形式存储于一面表中，遍历完成后即生成满足条件的局部Delaunay三角网格，顺次遍历存储局部Delaunay三角网格的面表，再遍历每个面的顶点链表，将第一个面的第一个非样点C的样点C₁存储于区域子环LR_p中，将第二个非样点C的样点C₂存储于区域子环LR_p中，再查找共用C₂的另一个面，可获得C₃，同理查找，可获得区域子环LR_p，并将其作为初始传播主环。