慕元軍

摘要：利用激光線結(jié)構(gòu)掃描系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)都是掃描線型點云數(shù)據(jù)，根據(jù)掃描線點云數(shù)據(jù)自身的拓?fù)潢P(guān)系，提出了一種增量式的三角化算法進(jìn)行曲面重構(gòu)，在點云數(shù)據(jù)的預(yù)處理上采用高斯濾波去除噪聲、曲率均勻精簡法對數(shù)據(jù)精簡壓縮，然后對相鄰掃描線進(jìn)行網(wǎng)格剖分構(gòu)造初始網(wǎng)格，通過判斷網(wǎng)格中相鄰的三角形法矢方向的一致性，確定掃描線是否交叉，對于交叉處的網(wǎng)格進(jìn)行調(diào)整。

關(guān)鍵詞：掃描線 點云數(shù)據(jù) 曲面重構(gòu)

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0000-00

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及數(shù)字圖形學(xué)研究的深入，逆向工程作為一種快速設(shè)計與制造的技術(shù)，成為了研究與應(yīng)用的熱點。廣泛的應(yīng)用于飛機(jī)、船舶、模具等領(lǐng)域。在這些產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)、檢測、試驗等環(huán)節(jié)經(jīng)常需要實時動態(tài)的觀測掃描的結(jié)果，因此對曲面重構(gòu)的速率提出了更高要求。

本文提出一種增量式的三角化算法，充分利用掃描線點云的拓?fù)潢P(guān)系，將相鄰的掃描線進(jìn)行重構(gòu)，按重構(gòu)的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整得到最終網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，該方法可以實現(xiàn)高效、高精度的自由曲面重構(gòu)。

1 掃描線點云數(shù)據(jù)的預(yù)處理

1.1 激光掃描點云數(shù)據(jù)的特點

本文采用的FARO ScanArm激光掃描儀屬于線結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)。它利用激光三角法測量原理，采集物體表面的三維信息。在激光掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時，每次激光投影到物體表面上的光刀，都將在一個平面內(nèi)，采集到的三維數(shù)據(jù)有一維是不變的，所以一條掃描線上的點云數(shù)據(jù)可以看成是在一個平面上。

1.2 點云數(shù)據(jù)的預(yù)處理

高斯光順是一種線性平滑去噪算法，適用于消除高斯噪聲。在對一條掃描線進(jìn)行高斯光順的時候，首先設(shè)定掃描線上每個點鄰域的大小，鄰域內(nèi)各點的權(quán)重按高斯分布計算，則該點光順后的值即為鄰域內(nèi)各個點的數(shù)值的加權(quán)平均。高斯光順法可以在去除噪聲的同時很好的保持掃描對象原有的特征。

對曲面進(jìn)行精簡時可以根據(jù)掃描點的曲率進(jìn)行處理，以點云數(shù)據(jù)中一條掃描線為對象，將各點存入數(shù)組，分別計算各點的曲率值，再求出領(lǐng)近兩點的曲率差值，并與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較，如果大于閾值說明采樣點處于物體的邊緣上，需要保留；反之，說明采樣點處于物體的平面區(qū)域，可以通過均勻精簡的方法剔除部分點。這樣得到的數(shù)據(jù)較好地保持了特征。

2曲面重構(gòu)

2.1構(gòu)造初始網(wǎng)格

首先對相鄰的掃描線進(jìn)行網(wǎng)格剖分，在這里我們采用的是底邊驅(qū)動網(wǎng)格策略，如圖1所示。

算法的思路：首先找到底邊的第一個點A1，然后遍歷頂邊，找到A1最近的點B2，判斷頂邊B2點前面是否還有點，若存在，依次與A1連接構(gòu)成三角面片，然后結(jié)合A2，建立新的三角面片。接著查找A2的最近點，依照上面所述的順序建立三角面片。建立三角形時，所有頂邊的點云數(shù)據(jù)選點時的方向一致向右，而底邊的點云數(shù)據(jù)方向一致向左。

2.2 網(wǎng)格的調(diào)整

利用相鄰掃描線構(gòu)造出的三角形的方向與其頂點的掃描方向之間的關(guān)系，可以判斷兩條相鄰的掃描線是否存在交叉現(xiàn)象，如圖2所示。

假設(shè)兩條掃描線分別為=和=，為當(dāng)前掃描線。如果從掃描方向看，兩個分屬于和的兩條掃描線之間構(gòu)造的兩個相鄰三角形的方向相反，則這兩條掃描線就是交叉的。

在這種情況下，需要將這條線的拓?fù)溥B接關(guān)系進(jìn)行調(diào)整，重新按底邊驅(qū)動策略構(gòu)建三角網(wǎng)格，如圖3所示。

3結(jié)語

本文提出增量式三角化算法，充分的利用掃描線點云數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系，重構(gòu)過程方法簡單，而且頻率快。是一種有效使用的方法。