[发明专利]一种带边界约束的散乱点云重构方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机辅助设计领域，尤其是涉及一种带边界约束的散乱点云重构方法。

背景技术

随着计算机几何技术的不断发展，逆向工程作为一种产品设计再现技术已经引起了各界的注意。由于现代光学技术和激光扫描等技术飞速发展，点云数据已经在计算机辅助设计和计算机图形学领域有了广泛应用。而曲面重构是实现后续各项功能的基础，是逆向工程研究的关键技术之一。

近年来，曲面重构技术已经有深入研究。针对三维散乱点云，目前主要存在两种三角剖分算法：二维平面投影法和直接三维三角剖分。直接三角剖分的理论和算法都不完善，算法效率不高，并不太实用；目前应用比较多的是二维平面投影法，但是对于点云边界上的点，该算法可能会将并不相邻的点构成三角形，因此在边界处无法很好地还原物体本来面貌。

三维散乱点云的曲面重构具有广泛的应用前景，同时也是一个具有挑战性工作，需要进一步的深入研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足,本发明提出了一种带边界约束的散乱点云重构方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种带边界约束的散乱点云重构方法，其步骤如下：

步骤1：利用圆柱面投影法，将原始三维散乱点云Pri_PointCloud映射到二维平面上，得到二维散乱点集Pri_Dot，建立起Pri_PointCloud和Pri_Dot之间的一一对应关系；

步骤2：找到二维散乱点集Pri_Dot的最小包围盒Box后，将最小包围盒以一定的间距划分成矩形栅格，具体步骤如下：

步骤2.1：遍历二维散乱点集Pri_Dot，分别得到Pri_Dot中横向和纵向最值，记为Xmax、Xmin、Ymax和Ymin；

步骤2.2：以点(Xmax,Ymax)、点(Xmin,Ymin)、点(Xmax,Ymin)和点(Xmin,Ymax)为顶点构成一个矩形，该矩形即为最小包围盒Box；

步骤2.3：以点(Xmin,Ymin)为起始顶点，从左到右自下而上将最小包围盒Box分割成m×n个正方形栅格，每个正方形栅格的边长为Gap，将每个栅格的顶点坐标信息和栅格序号按照分割生成顺序存入栅格集合Mesh中；

步骤2.4：根据坐标位置关系，将二维散乱点集Pri_Dot中所有点划分到对应的栅格中后统计每个栅格内是否含有Pri_Dot中的点，若栅格内含有散乱点，则定义该栅格为有效栅格，否则定义为无效栅格，最小包围盒外的部分均设置为无效栅格；

步骤3：对于每个有效栅格，判定其是否为边界栅格，具体步骤如下：

步骤3.1：统计每个有效栅格上下左右四个相邻栅格是否均为有效栅格；若是，则判定该栅格不是边界栅格，若否，则判定该栅格为边界栅格；

步骤3.2：对每个边界栅格，进一步确定它的边界标记；若它的左栅格为无效栅格，则该栅格为左边界栅格，若它的上栅格与左栅格均为无效栅格，则该栅格为左上边界栅格，依此类推；定义上边界栅格的标记为1，下边界栅格的标记为2，左边界栅格的标记为3，右边界栅格的标记为4，左上边界栅格的标记为5，左下边界栅格的标记为6，右上边界栅格的标记为7，右下边界栅格的标记为8；

步骤3.3：将每个边界栅格的坐标信息和其边界标记同时加入边界栅格集合EMesh；

步骤4：遍历边界栅格集合EMesh，找出每个边界栅格中的边界点后根据映射关系得到三维散乱点云中的边界点，具体步骤如下：

步骤4.1：构造一个二维边界点容器Edge_Vector_2D用于存放二维边界点和一个点云边界点容器Edge_Vector_3D用于存放散乱点云中的边界点；

步骤4.2：任取一个边界栅格，确定其边界标记，根据边界标记找出该栅格内边界点；若边界标记为1-4，在每个栅格内找一次边界点，以边界标记值为1时找上边界点为例，沿x方向从左到右将边界栅格平均划分为G个矩形，找出每个矩形内二维散乱点中y坐标最大的点后将该点存入二维边界点容器Edge_Vector_2D，边界标记值为2、3、4时找边界点以边界标记值为1时找上边界点为例；若边界标记为5-8，在每个栅格内找两次边界点，以边界标记值为5时找左上边界点为例，先仿照标志值为1时找出上边界点后再仿照标志值为3时找出左边界点后合在一起即为该栅格的边界点，边界标记值为6、7、8时找边界点以边界标记值为5时找左上边界点为例；