基于点云的复杂物体曲面重建关键技术研究
发布时间：2021-08-06 03:18
基于点云的曲面建模技术在智慧城市、虚拟现实和逆向工程等领域具有广泛的应用,但建模过程仍存在很多困难,表现在点云数据中存在大量的噪声,噪声数据会影响点云局部特征的计算结果;海量的点云数据会影响曲面重建的效率;点云之间缺乏拓扑信息和明显的边界特征,而且物体表面曲率变化大,无法通过提取特征线的方法构建三维模型。本文以复杂曲面物体的点云数据为研究对象,研究其建模过程中的关键技术。针对原始点云数据中存在的大尺度噪声,研究基于统计分析的去噪方法。并针对均匀网格算法在简化点云时造成主体点云细节丢失的局限性,提出一种基于曲率特征约束的点云精简法。采用局部曲面拟合法计算点云的曲率,设置曲率阈值将点云划分为平坦区和陡峭区,在此基础上采用均匀网格法进行精简。针对传统ICP算法依赖较好的初始位置的局限性,研究基于法线特征的粗配准方法,首先采用局部表面拟合法估计点云数据的法线,在此基础上计算点云的FPFH特征,然后采用随机采样一致性算法进行点云初始配准。最后通过建立KD-Tree加快对应点的搜索效率,并设定法向量阈值去除错误对应点对ICP算法进行改进。针对点云网格重建过程中自动化程度低、精度差的问题,研究基于C...
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１曲面建模在各个领域的应用??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｕｒｖｅｄ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ?ｉｎ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｆｉｅｌｄｓ??
图１．２本文技术路线??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?ｒｏａｄｍａｐ??本文围绕复杂曲面点云重建中的关键技术进行研宄，具体章节安排如下：??第一章：绪论。本章首先介绍了基于点云的曲面重建技术在众多领域中用前景。其次，在广泛阅读国内外文献的基础上，总结并分析了点云配准面重建的国内外研宄现状。最后，针对曲面重建过程中存在的问题提出本主要研宄内容。??第二章：点云数据获取与处理基础理论。本章对点云数据的获取方式及进行研究，重点介绍了三维激光扫描技术，着重分析了该技术的测距原理特点。最后介绍散乱点云去噪的传统方法、经典ＩＣＰ配准算法和点云曲面软件?Ｇｅｏｍａｇｉｃ?Ｓｔｕｄｉｏ。??第三章：点云去噪与精简方法研究。首先针对点云中存在的大尺度噪声，??用基于统计分析的点云去噪方法，讨论在不同阈值条件下的去噪效果。然
针对不同的应用领域和不同的需求，三维数据获取的方式也有比较大的区别，??并且依据不同的数据源，建模方法也存在差别ｔｗ。本节内容将依据不同的分类??标准，将三维数据的获取方式进行简要的总结，其具体分类如图２．１所示。??三维数据获取方式????Ｉ?」????Ｉ?￣￣?￣１???测头结构原理｜?｜测量工作原理??Ｉ?１?｜???「■?■?????Ｉ???Ｉ????Ｉ???接触式｜?｜非接触式｜?｜主动测距｜?｜被动测距??Ｉ?１?＾１?Ｉ?１?￣￣ｌ?Ｉ?１?＜?＊?￣１??Ｉ?＾?ｍ?＾?脉、激干晉?ｆ??层盍械?Ｊ?孟光?冲光涉?骂?２．??析?《?测?Ｓ?￡?干?测三测?孟?兹??＠?Ｉ?｜?Ｉ?Ｉ?涉?１１１?Ｍ?Ｉｔ??机胃?＆?＃?觉觉??图２．１三维数据获取方式分类??Ｆｉｇ．２．１?Ｔｈｅ?ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?３Ｄ?ｄａｔａ?ｃａｐｔｕｒｅｄ?ｍｅｔｈｏｄ??依据测量设备测头结构原理的不同，可以将三维点云数据的获取方式分为??接触法和非接触法两大类［５２］。接触法的测量原理是利用仪器自身的探针去依次??接触被测目标，该探针可以进行精确定位。随着传感器技术和探头的发展，接??触式测量法可以依据需求测量特定区域的信息，从而减小了庞大的数据量，而??且精度可以达到微米量级［５３］，但由于其接触式测量的特点使得测量效率极低。??而非接触法则可以避免由于接触物体造成的测量误差和效率低等问题
【参考文献】：
期刊论文
[1]三维激光扫描的龙柱倾斜观测方法[J]. 王健,孙文潇,梁周雁,刘瑶. 测绘科学. 2017(09)
[2]逆向工程中复杂实物曲面重建的仿真研究[J]. 张丹丹,韩燮,韩慧妍. 计算机仿真. 2017(03)
[3]结合Procrustes分析法和ICP算法的PICP配准算法[J]. 杨玲,谯舟三,陈玲玲,杨智鹏. 计算机辅助设计与图形学学报. 2017(02)
[4]利用3ds Max与三维激光扫描技术生成三维建筑模型的研究与实践[J]. 陈云波,冯亚飞,季晓波. 测绘通报. 2016(12)
[5]基于激光三角测距法的激光雷达原理综述[J]. 周俞辰. 电子技术与软件工程. 2016(19)
[6]激光点云建模与传统建模方法的比较[J]. 史宜南,代侦勇,刘鹏. 地理空间信息. 2016(08)
[7]天宝TX8三维激光扫描仪在风电厂风机变形监测中的应用[J]. 李斌,尹潇,卢涛,刘秀涵. 测绘通报. 2016(03)
[8]应用改进ICP算法的点云配准[J]. 杨小青,杨秋翔,杨剑,郑晓璐. 计算机工程与设计. 2015(09)
[9]基于噪声分类的双边滤波点云去噪算法[J]. 袁华,庞建铿,莫建文. 计算机应用. 2015(08)
[10]基于激光点云数据的客家土楼三维建模[J]. 化蕾,黄洪宇,陈崇成,黄淑华. 遥感技术与应用. 2015(01)
博士论文
[1]面向虚拟现实的三维点云数据处理关键技术研究[D]. 杨焕宇.东华大学 2016
[2]三维点云数据处理的技术研究[D]. 王丽辉.北京交通大学 2011
硕士论文
[1]地面激光扫描三维模型重建技术研究[D]. 罗寒.东华理工大学 2016
[2]基于Delaunay生长法的三维点云曲面建模研究[D]. 朱化红.成都理工大学 2016
[3]基于机载LiDAR和倾斜摄影的城市建筑物三维建模[D]. 向云飞.成都理工大学 2016
[4]基于车载三维激光扫描数据分类的路面提取研究[D]. 杨芳.昆明理工大学 2016
[5]点云数据预处理优化算法的研究与应用[D]. 朱文欢.广东工业大学 2016
[6]基于三维激光扫描和数字摄影测量的古文物三维模型构建研究[D]. 崔水军.江西理工大学 2015
[7]三维模型去噪算法的研究及其在三维曲面重建上的应用[D]. 罗格.哈尔滨工业大学 2015
[8]基于地面激光点云的三维建模关键技术研究[D]. 朱新宇.中国石油大学(华东) 2015
[9]散乱点云精简与自动拼接技术研究[D]. 俞涛.南昌大学 2015
[10]点云数据曲面重建算法及研究[D]. 刘为宏.燕山大学 2015
本文编号：3324966
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１曲面建模在各个领域的应用??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｕｒｖｅｄ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ?ｉｎ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｆｉｅｌｄｓ??
图１．２本文技术路线??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?ｒｏａｄｍａｐ??本文围绕复杂曲面点云重建中的关键技术进行研宄，具体章节安排如下：??第一章：绪论。本章首先介绍了基于点云的曲面重建技术在众多领域中用前景。其次，在广泛阅读国内外文献的基础上，总结并分析了点云配准面重建的国内外研宄现状。最后，针对曲面重建过程中存在的问题提出本主要研宄内容。??第二章：点云数据获取与处理基础理论。本章对点云数据的获取方式及进行研究，重点介绍了三维激光扫描技术，着重分析了该技术的测距原理特点。最后介绍散乱点云去噪的传统方法、经典ＩＣＰ配准算法和点云曲面软件?Ｇｅｏｍａｇｉｃ?Ｓｔｕｄｉｏ。??第三章：点云去噪与精简方法研究。首先针对点云中存在的大尺度噪声，??用基于统计分析的点云去噪方法，讨论在不同阈值条件下的去噪效果。然
针对不同的应用领域和不同的需求，三维数据获取的方式也有比较大的区别，??并且依据不同的数据源，建模方法也存在差别ｔｗ。本节内容将依据不同的分类??标准，将三维数据的获取方式进行简要的总结，其具体分类如图２．１所示。??三维数据获取方式????Ｉ?」????Ｉ?￣￣?￣１???测头结构原理｜?｜测量工作原理??Ｉ?１?｜???「■?■?????Ｉ???Ｉ????Ｉ???接触式｜?｜非接触式｜?｜主动测距｜?｜被动测距??Ｉ?１?＾１?Ｉ?１?￣￣ｌ?Ｉ?１?＜?＊?￣１??Ｉ?＾?ｍ?＾?脉、激干晉?ｆ??层盍械?Ｊ?孟光?冲光涉?骂?２．??析?《?测?Ｓ?￡?干?测三测?孟?兹??＠?Ｉ?｜?Ｉ?Ｉ?涉?１１１?Ｍ?Ｉｔ??机胃?＆?＃?觉觉??图２．１三维数据获取方式分类??Ｆｉｇ．２．１?Ｔｈｅ?ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?３Ｄ?ｄａｔａ?ｃａｐｔｕｒｅｄ?ｍｅｔｈｏｄ??依据测量设备测头结构原理的不同，可以将三维点云数据的获取方式分为??接触法和非接触法两大类［５２］。接触法的测量原理是利用仪器自身的探针去依次??接触被测目标，该探针可以进行精确定位。随着传感器技术和探头的发展，接??触式测量法可以依据需求测量特定区域的信息，从而减小了庞大的数据量，而??且精度可以达到微米量级［５３］，但由于其接触式测量的特点使得测量效率极低。??而非接触法则可以避免由于接触物体造成的测量误差和效率低等问题
【参考文献】：
期刊论文
[1]三维激光扫描的龙柱倾斜观测方法[J]. 王健,孙文潇,梁周雁,刘瑶. 测绘科学. 2017(09)
[2]逆向工程中复杂实物曲面重建的仿真研究[J]. 张丹丹,韩燮,韩慧妍. 计算机仿真. 2017(03)
[3]结合Procrustes分析法和ICP算法的PICP配准算法[J]. 杨玲,谯舟三,陈玲玲,杨智鹏. 计算机辅助设计与图形学学报. 2017(02)
[4]利用3ds Max与三维激光扫描技术生成三维建筑模型的研究与实践[J]. 陈云波,冯亚飞,季晓波. 测绘通报. 2016(12)
[5]基于激光三角测距法的激光雷达原理综述[J]. 周俞辰. 电子技术与软件工程. 2016(19)
[6]激光点云建模与传统建模方法的比较[J]. 史宜南,代侦勇,刘鹏. 地理空间信息. 2016(08)
[7]天宝TX8三维激光扫描仪在风电厂风机变形监测中的应用[J]. 李斌,尹潇,卢涛,刘秀涵. 测绘通报. 2016(03)
[8]应用改进ICP算法的点云配准[J]. 杨小青,杨秋翔,杨剑,郑晓璐. 计算机工程与设计. 2015(09)
[9]基于噪声分类的双边滤波点云去噪算法[J]. 袁华,庞建铿,莫建文. 计算机应用. 2015(08)
[10]基于激光点云数据的客家土楼三维建模[J]. 化蕾,黄洪宇,陈崇成,黄淑华. 遥感技术与应用. 2015(01)
博士论文
[1]面向虚拟现实的三维点云数据处理关键技术研究[D]. 杨焕宇.东华大学 2016
[2]三维点云数据处理的技术研究[D]. 王丽辉.北京交通大学 2011
硕士论文
[1]地面激光扫描三维模型重建技术研究[D]. 罗寒.东华理工大学 2016
[2]基于Delaunay生长法的三维点云曲面建模研究[D]. 朱化红.成都理工大学 2016
[3]基于机载LiDAR和倾斜摄影的城市建筑物三维建模[D]. 向云飞.成都理工大学 2016
[4]基于车载三维激光扫描数据分类的路面提取研究[D]. 杨芳.昆明理工大学 2016
[5]点云数据预处理优化算法的研究与应用[D]. 朱文欢.广东工业大学 2016
[6]基于三维激光扫描和数字摄影测量的古文物三维模型构建研究[D]. 崔水军.江西理工大学 2015
[7]三维模型去噪算法的研究及其在三维曲面重建上的应用[D]. 罗格.哈尔滨工业大学 2015
[8]基于地面激光点云的三维建模关键技术研究[D]. 朱新宇.中国石油大学(华东) 2015
[9]散乱点云精简与自动拼接技术研究[D]. 俞涛.南昌大学 2015
[10]点云数据曲面重建算法及研究[D]. 刘为宏.燕山大学 2015
本文编号：3324966
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