[发明专利]三维物体分割方法、设备和介质

说明书

公开了三维物体分割方法、设备和介质。所述三维物体分割方法，包括：获取三维物体的点云；确定所述点云的三个缩放方向；分别沿所述三个缩放方向缩放所述点云中各点的位置，使得缩放后的点云在所述三个缩放方向上的尺度相同；以及基于缩放后的点云，确定所述三维物体的分割结果。

技术领域

本公开涉及三维仿真领域，更具体地说，涉及三维物体分割方法、设备和介质。

背景技术

基于模拟的物理仿真在影视、动漫、游戏以及机器人控制等方面都有广泛应用。为了高效准确地模拟现实物理环境中的碰撞，或者让用户能够实时地进行交互，在游戏以及影视制作中，开发者们常常使用凸的形状，比如圆柱体、椭圆体或凸多面体来近似虚拟世界里的物体。但是，在实际中存在大量凹的物体，如果使用简单的凸集近似，不但近似误差很大而且会产生虚假碰撞。

为了解决这个问题，需要对现实物理环境中的三维物体进行凸分割。即，将三维物体分割成若干个子物体，并且保证每个子物体都是凸集。

目前，存在精确的凸集分割算法。然而，这种算法的运算量是指数增长的。这种算法不但在计算上不实际，而且还会分割出过量的子物体，不利于在仿真环境中使用。为了克服这些缺点，在现有技术中，还提出了近似的凸集分割算法，其在允许局部的微小凹陷的前提下，实现了分割速度、数量以及模拟碰撞效果的均衡。

室内环境是一个经典的物理仿真对象。室内环境中三维物体的形状更加复杂，并且碰撞发生得更加频繁。这对三维物体分割提出了更高的要求。在室内环境中存在大量的薄壁型物体，如墙面、桌面以及各类板材等，其中很多还具有镂空结构，比如有门窗的墙面以及抽屉柜子等。这类物体的存在进一步加大了三维物体分割的难度。

上文中所述的近似凸集分割算法对于具有镂空结构的薄壁型物体的分割效果往往很差。直观上讲，这是因为传统的近似凸集分割算法难以有效地区分薄壁物体的镂空结构与小的结构凹陷。具体来说，现有的近似凸集算法在对三维物体进行分割时，对所有方向的处理是一致，并没有考虑到薄壁型物体的特殊结构，然而很多薄壁型物体的凹度对于方向是及其敏感的。

发明内容

鉴于以上情形，期望提供能够针对镂空薄壁型物体提高分割效果的三维物体分割方法和设备。

根据本发明的一个方面，提供了一种三维物体分割方法，包括：获取三维物体的点云；确定所述点云的三个缩放方向；分别沿所述三个缩放方向缩放所述点云中各点的位置，使得缩放后的点云在所述三个缩放方向上的尺度相同；以及基于缩放后的点云，确定所述三维物体的分割结果。

另外，在根据本公开的实施例的三维物体分割方法中，确定所述点云数据的三个缩放方向的步骤进一步包括：对所述点云进行三维空间椭圆拟合；以所拟合的椭圆体的三个轴作为坐标轴建立第一坐标系；基于所述点云在所述第一坐标系下的投影，确定所述点云的最小外接平行六面体；以及以分别与所述平行六面体的三个相邻平面垂直的方向作为所述三个缩放方向。

另外，在根据本公开的实施例的三维物体分割方法中，基于所述点云在所述第一坐标系下的投影，确定所述点云的最小外接平行六面体的步骤进一步包括：通过对所述点云在各坐标轴平面下的投影进行旋转尺度卡取，获得所述点云的最小外接长方体；以及通过调整所述最小外接长方体的边，获得所述最小外接平行六面体，其中所述最小外接平行六面体的体积小于所述最小外接长方体的体积。

另外，在根据本公开的实施例的三维物体分割方法中，分别沿所述三个缩放方向缩放所述点云的位置的步骤进一步包括：以所述三个缩放方向为坐标轴建立第二坐标系；将所述点云中各点的坐标变换为所述第二坐标系下的坐标；分别确定点云中各点在所述第二坐标系中的各个坐标轴下的最大值和最小值；以及基于所述最大值和最小值，对点云中各点的坐标值进行归一化。