[发明专利]一种基于泊松重构的复杂结构点云处理算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于泊松重构的复杂结构点云处理算法。

背景技术

随着制造工业的迅速发展,产品形状日益复杂,外形建模技术面临越来越高的挑战。复杂曲面建模随着CAD技术在其他领域内的应用,在车辆事故现场的重构、产品几何模型的获得、逆向工程、三维城市建模、人际交互以及移动机器人的感知、汽车、航空等领域发挥着重要的作用。

曲面重构是这些领域内一个共同研究的核心技术,己成为实际工程中复杂曲面建模的主要方法。曲面重构技术兴起于20世纪80年代，是计算机辅助几何设计和计算机图形学在工程领域内的应用。例如基于非均匀B样条曲面(Non-UniformRationalB-Splines缩写为NURBS)的重构方法已经成为一种行业标准集成到了很多商业软件中,比如UGImageware、RaindropGeomagic和RapidPlatform。NURBS方法往往不能用单一的整张曲面来直接拟合有向点云,它需要先通过分割过程将点云划分为不同区域来分别拟合,然后将拟合的各曲面片拼合成完整曲面。曲面重构大致可以分为显式曲面重构和隐式曲面重构两类方法。显式曲面重构方法提出较早,一般通过点云的参数化过程来实现曲面重构。隐式曲面重构方法通过计算隐式函数的某一等值曲面来逼近点云,隐式曲面有如下优点：第一,隐式函数容易判断给定点与曲面的位置关系；第二,隐式曲面对于求交、求并等几何操作有运算封闭性,在实际几何造型中经过这些操作的曲面仍然可以保持为隐式曲面；第三,隐式函数能用简单的方式描述具有任意复杂几何形状的曲面,即使经过任意拓扑变化都能保持表达形式不变,能适用于包括变形模型在内的多种重构方法。

现有的曲面重构方法主要是基于点云的几何约束,不适合重构具有复杂拓扑形状的曲面，对曲面的功能约束研究相对较少,重构工程领域中的功能曲面即使可以满足几何精度要求,却很难符合其物理性能需求。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供一种基于泊松重构的点云处理技术的方法来实现表面重构，属于隐函数方法。

为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于泊松重构的复杂结构点云处理算法，基于泊松重构的点云处理技术方法的曲面重构用指示函数来描述曲面,通过高斯滤波构造基于法矢的向量场,并用多重网格(简称Multi-grid)方法求解泊松方程得到定向点云的指示函数的过渡部分从而完成曲面重构；如果直接计算梯度场会引起向量场在表面边缘的无穷大值，因此首先使用平滑滤波器和指示函数进行卷积，然后求解平滑后函数的梯度场；

根据散度理论得到平滑后的指示函数的梯度和曲面法向量之间的关系是；

已知物体M，边缘为χ^M表示M的指示函数，是在的曲面法向量，是平滑滤波器；根据高斯散度理论，平滑指示函数的梯度等于平滑表面法向场得到的向量场，可得到下面公式：

▿(χM*F~)(q0)=∫∂MF~p(q0)N→∂M(p)dp---(1)]]>