[发明专利]带有孔洞的三维点云的建模方法及地下电缆工井建模方法

权利要求书

1.基于带有孔洞的三维点云的建模方法，其特征在于，包括：

步骤一、导入三维点云，从三维点云中提取顶面点云，并且拟合得到顶面点云边界线，依据三维点云的高度对顶面点云边界线进行纵向拉伸，得到三维点云的整体边界线，通过整体边界线构建以面为单位的CSG-BREP模型；

步骤二、将三维点云依据CSG-BREP模型按几何面分割成面点云，依据面点云拟合得到每个面的每个孔洞的孔洞中心坐标；

步骤三、将每个面的孔洞中心依次投影至CSG-BREP模型的对应的各个面上，以获取孔洞中心在各个面上的投影点，输入对应的孔洞的半径或者拟合的对应的孔洞半径，对每个孔洞中心依次拓扑剪裁得到具有孔洞的CSG-BREP模型，其中，CSG-BREP模型是顶点组成边，边组成环，环构成面，面再进一步组成壳或者体，由较低层级的拓扑对象逐级构建成较高层级的拓扑对象。

2.如权利要求1所述的基于带有孔洞的三维点云的建模方法，其特征在于，三维点云的获取方法为：采用三维激光扫描的方法获取原始三维点云，然后对原始三维点云进行精简，得到三维点云。

3.如权利要求1所述的基于带有孔洞的三维点云的建模方法，其特征在于，步骤一中的CSG-BREP模型的各个面的构建方法为：若面为平面，则，

平面所在的无限平面参数方程由过平面中的任意一点以及面法线确定，平面的关键点为直线边的首尾端点、曲线关键点的端点、以及曲线的关键点，将平面的关键点以顺时针或者逆时针方向排列生成环类型的元素，然后以环的范围为限制界限对无限平面进行剪裁，生成用以进行拓扑运算的平面的参数方程；

若面为曲面，则，

根据提取出曲面上下边界线的关键点，建立两组存放关键点的等长数组，依据上下边界线的关键点生成B样条曲线，由两条B样条曲线的笛卡尔积生成该曲面的参数方程。

4.如权利要求1所述的基于带有孔洞的三维点云的建模方法，其特征在于，步骤二中采用RANSAC方法对孔洞的边线点云进行空间圆拟合以及设定圆半径以获得孔洞中心。

5.如权利要求4所述的基于带有孔洞的三维点云的建模方法，其特征在于，步骤三中获取孔洞中心的实际坐标的方法具体为：首先计算候选曲面片的法向投影平方距离函数，然后使用剪枝策略对曲面片进行粗略排除，若判断曲面片近似为平面，则将曲面片的参数域中点作为迭代算法的初始点，调用迭代算法求精，得到投影点；

若判断曲面不能近似为平面，则将平方距离显示化，进行凸包和增量构造，分别计算已知最小平方距离的u向凸包、v向凸包的交点对候选曲面片进行剪枝，得到新的曲面片，然后对新的曲面片进行递归判断，然后再重新计算候选曲面的法向投影平方距离函数，重复上述判断，直至得到投影点。

6.如权利要求1所述的基于带有孔洞的三维点云的建模方法，其特征在于，步骤三中得到的具有孔洞的CSG-BREP模型的方法是通过模型间的拓扑运算方法。

7.基于权利要求1所述的基于带有孔洞的三维点云的建模方法的地下电缆工井的三维重建方法，其特征在于，包括：

步骤一、导入单个工井的原始三维点云，对工井原始三维点云进行点云预处理，得到精简去噪的工井三维点云，从工井三维点云中提取顶面点云，并且拟合得到顶面点云边界线，依据工井三维点云的高度对顶面点云边界线进行纵向拉伸，得到工井模型的整体边界线，通过整体边界线构建工井以面为单位的CSG-BREP模型；

步骤二、将工井三维点云依据CSG-BREP模型按几何面分割成面点云，依据面点云拟合得到每个面点云的每个孔洞的孔洞中心；

步骤三、将每个面的孔洞中心依次投影至CSG-BREP模型的对应的各个面上，以获取孔洞中心在各个面上的投影点，输入对应的孔洞的半径或者拟合的对应的孔洞半径，对每个孔洞中心依次拓扑剪裁得到具有孔洞的工井的CSG-BREP模型；

步骤四、依据工井内部电缆点云，以CSG-BREP模型中的孔洞为首尾点进行电缆连接，得到单个工井模型；

步骤五、采用步骤一至步骤四的方法得到其它工井的工井模型；

步骤六、根据工井外部电缆点云将所得到的工井模型进行电缆连接，得到工井整体三维模型。