大规模散乱点云数据后处理技术研究

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1、中文摘要摘要随着激光扫描技术的发展，快速、准且地获取物体三维信息已经变成现实。通过激光扫描所得的物体外形信息是大量的、冗余的，因此，人们形象的称其为“点云"。如何高效的处理这些点云，并最终生成可用于再制造的CAD模型是逆向工程的核心任务之一。本文以此为背景，研究了大规模散乱点云后处理中的若干关键技术。首先，为了密集杂乱无章型点云数据的简化，通过寻找点的临近点信息重建了散乱点云的空间拓扑关系，并基于这些拓扑关系计算出隐含在散乱点云中的曲面的法向量、曲率、曲面变化度等局部特征量，基于曲面特征量和八叉树

2、方案实现了点云数据的简化。研究了传统工件中出现频率很高的二次曲面的非线性拟合问题。借助于“忠实距离”的概念，利用非线性最小二乘方法，实现了问题的求解。针对工程实际中扫描点云的特点，提出了一种二次曲面非线性拟合初值选择方法。新的方法仅依赖于点云的法向量，简单可行。提出了一种新的散乱点云三角化方法。该方法利用点云数据密度大的特点，通过逐层外扩的方法实现三维空间中散乱点云的直接三角化。最终生成的三角形网格的顶点均来自于原始点云数据，该方法具有可以多分辨率表示物体外形、精度可控等优点。最后，对自由曲面的B

3、样条表示进行了研究。首先，将散乱点云通过ABOS(ApproximationBasedOnSmoothing)方法梳理成规则的拓扑网格型数据，然后，对网格型数据进行B样条重构，并计算了重构误差。本文的各项研究，均有相应实例验证。关键词：逆向工程；点云；点云简化；二次曲匾：三角化；B样条英文摘要AbstractWiththedevelopmentoflaser-basedscanningtechnology,the3Dcoordinatesofallobjectcallbeaccessedrapid

4、lywithhighaccuracy．However，quantityoftheredundant3DsurfacedataaresomorethatitisnamedaS“pointcloud’’．ToprocessthesepointcloudeffectivelyandtogenerateaCADfilethatCanbeusedinmanufacturing，machiningorreproducingsystem，isOReofthecoremissionofreverseenginee

5、ring．Basedonthatbackground，aseriesofkeytechnologiesinpointcloudpost-processingarestudiedinthispaper．Firstly,theredundantpointcloudwithscatteredpointsshouldbesampledbeforefurtherprocessing．Tosamplepointcloud，thetopologicalrelationofpointsmustbereconstr

6、uction．Thisisdonebyfindingthek-nearestneighborsofagivenpoint．Oncethetopologicalrelationisconstructed，oneCallcalculatethenormal，curvature，surfacevaryetalparameters，whichdefinethelocalfeatureofthesurfacehiddeninthepointcloud．Then，based011localfeature，po

7、intcloudsimplicityiseasytobedone．Secondly,quadraticsurfaceoRenappearsintraditionalwork-pieces．Butunfortunately，thereisnolinearfittingmethodforcylinderandcone．Bymeansoftheconceptof‘FaithfulDistance’andNon-linearLeastSquareapproach，anovelnon．1inearfitti

8、ngofquadraticsurfacealgorithmispresentedSOthattheinitialvaluecallbechosenrationally．Thirdly,anewwayofTriangulationisproposed．Thankstothehi．曲densityofpointcloud，OUrmethodcarlbeimplementedwithastepoutstrategy．AlltheveRexesoftheresulttriangularme