基于最优传输的保特征表面重建方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115937460A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211398369.3(22)申请日2022.11.09(71)申请人厦门大学地址361005福建省厦门市思明区思明南路422号(72)发明人叶苑燕陈中贵(74)专利代理机构厦门南强之路专利事务所(普通合伙)35200专利代理师马应森(51)Int.Cl.G06T17/20(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图3页(54)发明名称基于最优传输的保特征表面重建方法(57)摘要基于最优传输的保特征表面重建方法，涉及三维几何处理。1)输入三维点云模型，构建点云的凸包并重新网格化作为初始网格；2)在初始网格上采样，根据传输代价函数计算点云和采样点之间的最优传输计划；3)计算三角面的采样点和与其有传输对应关系的点云之间的变换矩阵，根据变换矩阵计算三角网格顶点的新位置，并将各顶点移动到新位置得到初始拟合网格；4)对初始拟合网格进行点重定位、边翻转和边塌缩操作从而降低点云和网格的最优传输代价，直至重建网格顶点数达到目标顶点数。得到尖锐边缘和尖点特征得到保持的三角网格。利用最优传输理论，可在较少面数的情况重建出特征保持的结果，且在点云数据有噪声和缺失情况具有鲁棒性。CN115937460ACN115937460A权利要求书1/2页1.基于最优传输的保特征表面重建方法，其特征主要在以下步骤：1)输入三维点云模型，构造点云的凸包并重新网格化后作为初始网格，按三角面的面积占比在三角面上采样；2)计算点云和采样点之间的最优传输计划，传输代价选择用邻域方差，根据最优传输计划计算每个顶点的新位置，将顶点移动到计算的新位置，得到初始拟合网格；3)在初始拟合网格上重新采样得到采样点，计算新的采样点和点云的最优传输计划，传输代价选择用点云和采样点的欧氏距离的平方；对初始拟合网格进行一次点重定位和边翻转操作；4)输入删除顶点阈值，对步骤3)得到的三角网格进行边塌缩操作直至删除顶点数达到阈值，在这个过程中每删除10个顶点就进行一次点重定位和边翻转操作，最终得到保特征的重建结果。2.如权利要求1所述基于最优传输的保特征表面重建方法，其特征在于在步骤1)中，所述初始网格的面数为1500～3000个，三角面上的采样点数量与点云规模一致，三角面上采样点个数与三角面的面积成正比，且每个三角面上都必须至少包含一个采样点，采样方法用CVT采样。3.如权利要求1所述基于最优传输的保特征表面重建方法，其特征在于在步骤2)中，所述计算点云和采样点之间的最优传输计划，传输代价选择用邻域方差；在优化过程采用交替优化的方式，计算一个传输代价为欧式距离平方的初始的最优传输计划，迭代优化：固定传输计划，优化能量函数得到每个点的传输中心点；根据中心点优化得到新的传输计划；以上迭代次数为6次。4.如权利要求1所述基于最优传输的保特征表面重建方法，其特征在于在步骤2)中，所述每个顶点的新位置是由其一环邻域面共同决定的，每个面的变换矩阵则由其采样点的传输计划决定；找到每个三角面采样点的对应点，计算这两个点集之间旋转矩阵、平移向量和缩放尺度，根据这些计算三角面每个点的新位置。5.如权利要求1所述基于最优传输的保特征表面重建方法，其特征在于在步骤3)中，所述在初始拟合网格上重新采样得到采样点，采样时三角面的采样点个数采用如下方法确定：将点云中的每个点临时分配给离它最近的三角面，每个三角面中包含的采样点个数为点云中相较于其他三角面离它最近的点的个数；对于未分配到点云的面，将其简化删除。6.如权利要求1所述基于最优传输的保特征表面重建方法，其特征在于在步骤3)和步骤4)中，点重定位通过优化点云和对应传输面的法向距离确定顶点位置，优化过程中首先根据当前传输计划计算每个顶点的新位置，进行顶点移动；对当前网格重新采样，计算点云和新采样点的传输计划。7.如权利要求1所述基于最优传输的保特征表面重建方法，其特征在于在步骤3)和步骤4)中，所述边翻转操作分为两种，两种操作分开进行；一种为平面区域的边翻转，当边对应的两个内角和小于另外两个角的和并且边一环邻域面的夹角小于阈值10时即翻转；另一种为非平面区域的边翻转，边翻转的条件为边的一环邻域面的夹角大于阈值30且翻转后降低其一环邻域面法向传输代价；在边翻转时，将所有满足条件的边加入队列中，选择队列中的边进行翻转，并更新队列中相关边的信息，直至队列为空；需要更新的边包括新增边、已删除边以及原一环邻域面的边。2CN115937460A权利要求书2/2页8.如权利要求1所述基于最优传输的保特征表面重建方法，其特征在于在步骤4)中，一般删除的顶点阈值为初始拟合网格顶点个数的10％；在进行边塌缩时模拟边塌缩操作，将边塌缩到简化边的中点，