基于点云的牛体体积计算方法的研究与实现

发布时间：2017-05-25 11:01

  本文关键词：基于点云的牛体体积计算方法的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：肉牛养殖业在我国的国民经济建设中占有非常重要的地位,是与民生息息相关的产业。产肉量作为评定肉牛产量的重要标准,更需要实现自动化测定。体积参数作为牛体的基本几何属性,是研究其相关性的重要前提。针对这一问题,本文主要利用计算机图形处理技术对基于点云的体积计算方法进行研究,采用四面体剖分的方法对牛体点云进行自动化划分,并对生成的四面体网格进行优化处理,最终实现牛体体积的计算。研究内容主要包括以下几个方面:(1)初始的四面体剖分:通过对比分析几种常见四面体网格生成算法的优缺点,对Delaunay三角化方法进行了深入研究。以三角剖分的计算几何理论为基础,研究了凸包、Voronoi图以及Delaunay三角化的概念原理及其生成准则。在增量算法和局部变换法的基础上采用增量变换算法生成初始的四面体网格,并在此基础上引入随机扰动算法,提高剖分的四面体单元质量。(2)边界恢复:在生成初始的四面体网格后,由于得到的是四面体凸包网格,需要加入约束条件,对牛体表面进行边界恢复,边界恢复主要包括边恢复和面恢复。采用在丢失边上添加辅助点的方法实现边的恢复;面的恢复是将空腔重新构建为四面体网格并对生成的网格进行标记,然后消除标记为体外的四面体。通过边界恢复后可以得到约束性的四面体网格,能够进一步提高体积计算的精度。(3)网格优化:根据四面体单元质量度量方法对生成的四面体网格的质量和尺寸进行控制,通过薄元分解的方法消除网格中的四面体薄元,采用相邻单元体间的局部变换以及网格光顺技术生成均匀化的四面体网格。根据生成的优化的四面体网格,利用行列式法计算牛体每个四面体的体积,各体积之和即为整个牛体的体积。通过采用简化的数据结构对本文算法进行设计实现,实验结果表明此算法计算得到的牛体体积的平均精度为91.4%,与具有规则形状的几何物体的体积计算精度相比,具有较小的误差。由此可以得出,研究中采用对点云进行四面体剖分的方法对具有复杂表面特性的牛体有较好的适应性,体积计算的精度也较高。
【关键词】：网格生成 Delaunay四面体剖分 边界恢复 网格优化 体积计算
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S823;TP391.41
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 拟蒙特卡罗法11-12
• 1.2.2 投影法12
• 1.2.3 行列式法12-13
• 1.2.4 四面体凸包法13
• 1.3 研究内容13-15
• 1.4 论文组织结构15-16
• 第二章 四面体剖分相关理论与算法16-24
• 2.1 四面体网格生成算法16-19
• 2.1.1 八叉树法16-17
• 2.1.2 推进波前法17-18
• 2.1.3 Delaunay法18-19
• 2.2 四面体剖分的几何基础19-22
• 2.2.1 凸包19-20
• 2.2.2 Voronoi图20-21
• 2.2.3 Delaunay三角化概念21-22
• 2.3 Delaunay三角化算法22-23
• 2.3.1 增量算法22-23
• 2.3.2 局部变换法23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 基于Delaunay四面体剖分的牛体体积计算24-40
• 3.1 算法设计24-25
• 3.2 初始的Delaunay四面体剖分25-28
• 3.2.1 生成外包四面体25-26
• 3.2.2 随机扰动26-27
• 3.2.3 增量变换法27-28
• 3.3 边界恢复28-34
• 3.3.1 边恢复28-31
• 3.3.2 面恢复31-34
• 3.4 网格优化34-39
• 3.4.1 单元质量度量34-35
• 3.4.2 消除四面体薄元35-37
• 3.4.3 网格光顺37-39
• 3.5 牛体体积计算39
• 3.6 本章小结39-40
• 第四章 实验结果与分析40-51
• 4.1 实验设计40-41
• 4.2 实验结果41-48
• 4.2.1 初始的四面体网格41-44
• 4.2.2 约束性四面体网格44-46
• 4.2.3 优化后的网格46-48
• 4.3 数据分析48-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 总结与展望51-52
• 5.1 总结51
• 5.2 展望51-52
• 参考文献52-55
• 致谢55-56
• 作者简介56

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