浅议三维点云数据拼接与精简技术的研究

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1、中国海洋大学硕士学位论文三维点云数据拼接与精简技术的研究姓名：徐尚申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：解则晓20090601三维点云数据拼接与精简技术的研究摘要逆向工程技术是进行产品设计、开发和创新的先进制造技术，其已发展成为CAD中一个相对独立的范畴。三维点云数据处理技术是逆向工程中的关键技术之一，其中数据拼接与精简技术是数据处理的两个重要组成部分，决定着后续曲面建模的质量和效率，具有十分重要的研究意义。本文对逆向工程中三维点云数据的拼接和精简技术做了深入细致地研究，主要的研究内容有以下几个方面：1．提出并实现了一种基于曲面拟合的精确拼接ICP算法一双向插补点

2、到面ICP算法。针对经粗拼接后大致对准到同一坐标系下的两片点云，首先对其重叠区域进行B样条曲面拟合，使用插补出的点确立初始对应点集；提出“辅助点对"约束，并结合曲率约束去除错误对应点对，此方法将刚性运动一致性与几何特征不变性相结合以提高确立对应点集的正确率；对最终确立的对应点集，使用最小二乘法进行坐标变换迭代求解。2．针对三维网格法与曲率精简法的特点，根据实际工程应用中的需求，提出并实现了一种将基于八叉树的非均匀网格精简法与基于B样条曲面拟合的曲率精简法相结合的二次精简算法。3．根据理论研究成果，在WindowsXP平台上采用MicrosoftVisualC++6．0和Open

3、GL进行了系统集成开发。实验结果表明，数据拼接方面，本课题提出的改进ICP算法可以有效地提高确立对应点集的正确率，从而极大地提高了数据拼接的精度。经本算法拼接后的点云不仅具有较小的拼接误差均值与标准差，而且在重叠区域均匀交叉渗透，拼接误差在空间上均匀分布。数据精简方面，本文提出的二次精简算法可在有效保留曲面关键特征的同时达到较高的精简率，并且拥有较好的计算效率。本文的创新之处在于，数据拼接方面，提出了一种新的基于B样条曲面拟合的精确拼接ICP算法；提出了“辅助点对”约束，并结合曲率约束去除错误对应点对。数据精简方面，提出了将非均匀网格法与曲面曲率法相结合的二次精简算法。关键词：

4、数据拼接：数据精简；双向插补点到面ICP算法；辅助点对约束；曲率精简StudyonDataRegistrationandReductionfor3DPointCloudsAbstractAsanadvancedmanufacturingtechnique，reverseengineering，．whichcallbeappliedtoproductdesign，developmentandinnovation，hasbecomeanindependentsubjectinComputerAidedDesign．Dataprocessing，oneofthekeytechniqu

5、esinrevereengineering，mainlycoversdataregistration，datareductionandothertechniques．Becausethequalityandthenumberof3Ddatapointhavevitaleffectonthequalityofsubsequentmodelreconstruction，it’Sverysignificanttostudyondataregistrationandreduction．Theconceptanddevelopmentofreverseengineeringarepres

6、entedinthisthesis，and3Dpointcloudsregistrationandreductionareresearchedindetail．／nthisthesis，thecontentsoftheresearchareasfollows：1．Ahigh—accuracyfineregistrationmethodispresentedforpartiallyoverlappingpointcloudsthathavebeencoarselyregisteredintoacommoncoordinatesystem．Theproposedalgorithm，

7、whichiscalleddualinterpolatingpoint—tO—surfaceICPalgorithm，isprincipallyamodifiedvariantofpoint-tO—surfaceICPalgorithm．TheoriginalcorrespondencesareestablishedbyadoptingadualsurfacefittingapproachusingB-splineinterpolation．Anovel“auxiliarypair”cons