[发明专利]基于三维成像声纳点云的海底地形三维模型自动建模方法

权利要求书

1.一种基于三维成像声纳点云的海底地形三维模型自动建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、预处理，根据海底管道路由数据，计算得到海底地形三维模型建模范围，然后根据建模范围对基于声纳系统所采集的地形点云数据进行裁剪，得到建模范围内的地形三维点云数据；

步骤二、栅格化，根据地形三维模型建模范围，建立地形三维点云的平面映射矩阵，将点云上的所有顶点划分到矩阵上的栅格中，并对同一个栅格内的顶点的高度进行反距离加权求和，将加权平均高度和作为栅格中心点的高度，从而形成栅格化的地形三维点云；

步骤三、迭代插值，通过多轮迭代的插值计算，逐步填充栅格化地形点云中的空缺位置，得到地形建模范围内的完整的、无空隙的点云；

步骤四、平滑处理，通过中值滤波方法对完整的、无空隙的地形点云进行平滑处理，避免点云上局部区域的“尖刺”、“深坑”现象影响后续的地形三维渲染效果；

步骤五、地形采样，以地形点云上的顶点对地形地貌的贡献值为指标，对点云进行采样，在减少点云顶点数量的同时尽可能保留地形上的关键点，减少后续执行地形三维渲染的计算机的性能压力；

步骤六、表面重建，将地形点云上的顶点连接成三角形网格，形成地形三维网格模型。

2.如权利要求1所述的一种基于三维成像声纳点云的海底地形三维模型自动建模方法，其特征在于，所述的步骤一到步骤六具体为：

步骤一、根据管道路由数据，计算得到地形三维模型建模范围，并根据建模范围对三维成像声纳所采集的稠密点云进行裁剪，得到建模范围内的地形三维点云；

步骤二、根据建模范围内的地形三维点云，建立一个平面映射矩阵，根据矩阵栅格对点云中的点进行栅格归类以及加权高度计算，将计算得到的点云高度数据存储到矩阵中，形成栅格化的地形点云；

栅格化计算的步骤如下：

步骤201、计算建模范围内的地形三维点云P_of的水平最值，包括x_max、x_min、y_max和y_min；

步骤202、根据用户给定的栅格尺寸d_pixel，建立平面映射矩阵M_rc，其中r和c分别为M_rc的行数和列数：

步骤203、遍历P_of点云，对当前正在计算的顶点V_i∈P_of进行栅格归类；

步骤204、遍历M_rc中的所有栅格，计算栅格中所有顶点高度的反距离加权平均值，作为栅格中心点的高度；

步骤三、对栅格化地形点云中的空缺位置进行迭代插值计算，得到建模范围内完整的、无空隙的地形点云；

步骤四、采用中值滤波对建模范围内的完整地形点云平滑处理，得到平滑地形点云；

步骤五、对平滑地形点云进行采样，从点云中提取出对地形地貌几何信息描述贡献较大的顶点，形成地形采样结果点云；

步骤六、通过三维表面重建算法将地形采样结果点云上的顶点连接成三角形网格，形成地形三维模型。