點云模型的孔洞修補技術(shù)研究.pdf

1、隨著三維掃描設(shè)備測量精度的快速提高及掃描技術(shù)的快速發(fā)展，直接通過三維掃描儀可以方便的獲得高精度和高密度的實體點云模型，使得三維點云模型已經(jīng)成為一種非常重要的數(shù)字媒體形式.由于實際物體表面的形狀復(fù)雜性及掃描設(shè)備測量方法的局限等原因，獲得的點云模型中時常會出現(xiàn)孔洞.而在曲面重構(gòu)過程中需要對完整的點云模型進(jìn)行處理，因此，孔洞修補技術(shù)是曲面重構(gòu)中必不可少的前置處理工作，也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)能否更好實現(xiàn)效果的關(guān)鍵性技術(shù).本文通過對已有的孔洞修補算法進(jìn)

2、行研究，提出一種魯棒性較好的孔洞修補算法，主要內(nèi)容包括檢測孔洞邊界點、獲得孔洞邊界邊和基于偏微分方程(PDE)方法進(jìn)行孔洞點填充.本文的主要工作包括以下幾個方面:
　　 1.點云模型幾何屬性的計算方法.點云模型運用Kd-樹的方法查找k-鄰點，由k-鄰點構(gòu)建協(xié)方差矩陣，運用主元分析法(PCA)估算點云法向量和法向量一致性調(diào)整，通過移動最小二乘法計算局部曲面擬合多項式，且根據(jù)擬合多項式計算某點的平均曲率、高斯曲率、最大主曲率和最小主

3、曲率.
　　 2.通過分析點云模型的局部幾何屬性，提出一種多準(zhǔn)則提取點云模型孔洞邊界曲線的算法.算法首先尋找點云中每個點的鄰點并計算點云曲面在該點處的法向，通過綜合運用最大角度度量準(zhǔn)則、半圓盤度量準(zhǔn)則和形狀度量準(zhǔn)則等，度量相關(guān)數(shù)據(jù)點成為孔洞邊界點的概率，再采用搜索最近點方法對邊界點進(jìn)行連接處理，生成孔洞的邊界線.實驗表明，該算法運行穩(wěn)定，魯棒性好，可檢測提取出點云模型上各種孔洞的邊界曲線.
　　 3.基于偏微分方程方法實

4、現(xiàn)點云模型的孔洞修補.該方法首先對提取的孔洞多邊形進(jìn)行預(yù)處理使多邊形更加規(guī)則，然后對新的孔洞多邊形進(jìn)行等距離參數(shù)化生成三條新的邊界曲線，依據(jù)這些邊界曲線構(gòu)造四階偏微分方程，最后通過求解偏微分方程實現(xiàn)點云模型的孔洞修補.實驗表明，算法能夠快速的實現(xiàn)孔洞的填充，填充后的孔洞點與原始模型光順圓滑，能夠自然的融合在一起.
　　 在上述算法理論研究基礎(chǔ)上，本文實現(xiàn)了點云模型孔洞檢測與修補算法.通過測試部分孔洞模型，程序運行結(jié)果表明本文所設(shè)