基于幾何型的曲面重構(gòu)研究.pdf

1、作為逆向工程中實(shí)現(xiàn)數(shù)字化仿制和改進(jìn)的一項(xiàng)重要技術(shù),自由曲面的重構(gòu)具有非常廣闊的應(yīng)用前景。通常曲面重構(gòu)都是采用點(diǎn)、線、面的構(gòu)建模式,或者是基于網(wǎng)格的分塊重構(gòu),但是這些算法過程復(fù)雜并且精度難以保證。由此,本文研究了基于三角網(wǎng)格的幾何型的曲面重構(gòu)理論,它避免了點(diǎn)云的分塊、曲線擬合等繁瑣環(huán)節(jié)。
　　 為了提高測量速度,一般采用非接觸式測量方法,即利用激光掃描儀進(jìn)行測量得到實(shí)物模型的大量點(diǎn)數(shù)據(jù)。本文首先對現(xiàn)有測量設(shè)備的原理、方法進(jìn)行了研究

2、,并比較了各種測量手段。采用TDV800激光掃描儀作為測量儀器,測得的典型實(shí)物模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)作為本文的研究對象。對采樣得到的點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)點(diǎn)集拼合、濾波去噪、坐標(biāo)變換以及數(shù)據(jù)精簡等點(diǎn)數(shù)據(jù)的預(yù)處理操作,以獲得質(zhì)量可靠、方便操作的散亂點(diǎn)云,并以實(shí)物模型進(jìn)行了演示和驗(yàn)證。
　　 在基于幾何型的曲面構(gòu)建的過程中,本文首先研究了計(jì)算幾何中基礎(chǔ)但很重要的凸包和Delaunay三角化來完成點(diǎn)集的細(xì)分。本文提出最值點(diǎn)細(xì)分法將點(diǎn)集進(jìn)行區(qū)域

3、分割,找到點(diǎn)集的四個(gè)最值點(diǎn),建立凸包頂點(diǎn)鏈表結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ),同時(shí)最值點(diǎn)構(gòu)成的多邊形將其他點(diǎn)分成內(nèi)外兩個(gè)區(qū)域,區(qū)域內(nèi)部點(diǎn)都不是凸包頂點(diǎn)。利用最遠(yuǎn)距離法找到每個(gè)外部區(qū)域邊界點(diǎn),存入鏈表結(jié)構(gòu);不斷細(xì)分構(gòu)成的新區(qū)域,直到所有細(xì)分區(qū)域?yàn)榭占?。將凸包頂點(diǎn)鏈表結(jié)構(gòu)中的點(diǎn)按照逆時(shí)針矢量角度法進(jìn)行排序,依次連接,完成凸包構(gòu)建,該算法能在判斷凸包頂點(diǎn)的同時(shí)排除非凸包頂點(diǎn),大大簡化了構(gòu)建過程。本文提出三角形最小角最大化以及四點(diǎn)共圓的判斷準(zhǔn)則,逐點(diǎn)掃描進(jìn)行Del

4、aunay三角網(wǎng)的細(xì)分,建立點(diǎn)集之間的三角拓?fù)溥B接關(guān)系。
　　 在曲面重構(gòu)過程中,利用幾何型的思想進(jìn)行曲面重構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。首先將點(diǎn)集的空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以STL格式進(jìn)行存儲(chǔ)和調(diào)用。接著將三角拓?fù)鋽?shù)據(jù)進(jìn)行單純形分類,通過計(jì)算每個(gè)單純形的最小外接球的半徑和球心信息,設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ),并確定α取值區(qū)間。本文設(shè)計(jì)人機(jī)交互的選擇方式,用戶可以選取不同的調(diào)節(jié)α球作為構(gòu)建參數(shù),實(shí)現(xiàn)曲面構(gòu)建,該算法避免了繁瑣的曲線計(jì)算,加快重構(gòu)的過程。針對非均勻采樣

5、的點(diǎn)集,利用局部比例因子γ來調(diào)節(jié)全局α球,首先計(jì)算采樣點(diǎn)到其負(fù)極點(diǎn)之間的距離并將其作為每個(gè)點(diǎn)處的γ,為避免因采樣不均勻而產(chǎn)生的曲面空洞和橋接,將單純形各個(gè)頂點(diǎn)中最小的γ值作為該單純形的局部比例因子γ進(jìn)行點(diǎn)集的γ幾何型構(gòu)建。
　　 針對本文的算法研究,結(jié)合可視化圖形OpenGL應(yīng)用軟件,采用VC++6.0編程軟件,對基于幾何型進(jìn)行的曲面重構(gòu)進(jìn)行了軟件系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)。通過實(shí)物掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù),演示了軟件的界面設(shè)計(jì)以及可操作性,并實(shí)現(xiàn)