基于切平面投影的树干三维表面重建算法

发布时间：2017-08-10 03:24

  本文关键词：基于切平面投影的树干三维表面重建算法

  更多相关文章： 树干 点云 表面重建 切平面 法向量

【摘要】：【目的】将使用三维激光扫描仪获取的树木点云构建树木三维模型与提取树木参数相结合,构建适用于树干参数提取的树干三维表面模型。【方法】采用三维表面重建技术,根据树干点云特征改进基于切平面投影的表面重建算法,并将其应用于重建树干的不规则三角网表面模型中。改进内容如下:1)使用半径阈值作为邻域点的选取准则以减少点云分布散乱对邻域点集选择的影响;2)根据点之间距离越近、影响越大的思想,使用距离加权方式计算特定点处切平面的法向量,且当邻域点集投影至切平面上产生重复投影点时,删除距离较远的邻域点;3)根据点集在平行平面间投影的几何拓扑不变性简化投影切平面的构建;4)以点集旋转方式简化三维平面点集到二维平面点集的转换。本研究提出的改进算法将当前点及其邻域点集投影至切平面上得到一个平面点集,将平面点集上构建的Delaunay三角网的连接关系映射到树干点云中以构建当前点与其邻域点的三维表面模型,逐个对树干点云中的点投影重建以实现树干点云整体的三维表面重建。【结果】对杨树树干的重建试验表明,改进算法能更好地构建树干的表面模型;对粗糙程度不同的多个树种的试验表明,重建的树干表面能清晰地显示外业扫描时标注的色彩信息,局部的表面三角形面片能清晰地反映树干表面凸凹不平的特征及树干表面在三角面片处的朝向信息;从重建表面上提取直径的试验表明,与围尺实测直径相比,从重建表面上提取直径的RMSE为0.18 cm,验证了重建树干表面的精确性。【结论】本研究从参数提取角度,采用表面重建方法,改进了基于切平面投影重建算法以重建树干的三维不规则三角网表面,重建的树干表面具有较好的视觉效果,能真实反映树干表面的特征。本研究提出的改进算法适用于构建逼真的树干三维可视化表面模型,构建的精确树干表面模型可为后续的树干参数提取提供基础数据。
【作者单位】： 信阳师范学院计算机与信息技术学院;中国林业科学研究院资源信息研究所;信阳师范学院数学与信息科学学院;
【关键词】： 树干 点云 表面重建 切平面 法向量
【基金】：国家高技术研究发展计划(863计划)(2012AA102002) 国家“十二五”科技支撑计划(2012BAD22B02) 国家自然科学基金项目(31470641;61331018;61572417;11501489) 河南省省院科技合作专项资金资助项目(122106000052)
【分类号】：TP391.41
【正文快照】： 随着计算机图形学、虚拟现实以及三维激光扫描技术的发展,将三维激光扫描仪应用于林业相关领域是当前的研究热点。其研究内容大致分为2类:1)树木的形态模拟与重建;2)树木的参数提取。Pfeifer等(2004a)使用分段拟合圆柱体的方式构建了树干模型;Pfeifer等(2004b)使用B-样条曲线

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本文编号：648631