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点云数据配准及曲面细分技术研究

作　者: 薛耀红
导　师: 梁学章
学　校: 吉林大学
专　业: 计算数学
关键词: 反向工程点云数据配准细分曲面多分辨率曲面细分小波细分小波紧框架
分类号: TP391.72
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 442次
引　用: 2次
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内容摘要

近年来,反向工程作为迅速发展起来的一门新兴学科和技术,在工业设计与加工、仿真与虚拟现实以及医学等领域得到日益广泛的应用.本论文主要对反向工程中的点云配准和细分曲面重建两个关键技术进行了深入研究,并在此基础上研究了基于细分小波和细分小波紧框架的多分辨率造型技术.本文的主要研究成果包括以下四个方面：1.对反向工程中数据预处理阶段的关键环节—点云数据的配准技术进行了深入研究，提出了一种新的扫描点云数据的自动配准算法.该算法通过引入基于点的邻域曲率相似度的匹配准则和基于刚体变换不变量的匹配约束,得到了若干高精度的匹配点对.进一步,算法运用改进的最近点迭代法进行了二次配准.数值实例表明，该算法初始配准效果很好,二次配准效果更加准确.2.针对反向工程中三维模型的细分曲面重建问题,提出了一种用Loop细分曲面插值拟合点云数据的方法.该方法给出了求解Loop插值细分曲面控制顶点的两种迭代算法以及两个相应的盈亏修正公式.两种迭代算法具有收敛速度快,拟合精度高等优点；两个盈亏修正公式便于工程应用.3.研究了基于细分小波的多分辨率造型技术,提出了一种基于提升格式的双正交三进制Loop细分小波的构造方法.给出了相应的小波分解和重构公式,并将其应用于多分辨率曲面的构造.数值实验表明,该小波算法具有很好的应用效果.4.基于Charina等人不规则多分辨率分析的小波紧框架构造理论,深入研究了基于细分小波紧框架的多分辨率造型技术,实现了Loop细分小波紧框架算法.具体给出了这种小波紧框架的分解和重构公式,并将其应用到三维网格图形的处理中.通过与Bertram的双正交二进制Loop细分小波算法进行比较,表明了这种Loop细分小波紧框架算法在某些方面具有较大的优越性.

全文目录

提要  5-11
第一章绪论  11-19
  §1.1 引言  11-12
  §1.2 反向工程的关键技术  12-17
    §1.2.1 数据采集技术  12-13
    §1.2.2 数据预处理技术  13-15
    §1.2.3 三维模型的曲面重建技术  15-17
  §1.3 本文的内容安排及主要研究成果  17-19
第二章点云数据的配准技术  19-45
  §2.1 初始配准  19-23
    §2.1.1 与测量设备相关的配准方法  19-20
    §2.1.2 人机交互的配准方法  20
    §2.1.3 基于对应量的配准方法  20-22
    §2.1.4 其他方法  22-23
  §2.2 精细配准  23-27
    §2.2.1 ICP算法的提出  23-26
    §2.2.2 ICP算法的改进与发展  26-27
  §2.3 扫描点云的一种自动配准方法  27-44
    §2.3.1 方法描述  28-39
    §2.3.2 计算实例  39-44
  §2.4 本章小节  44-45
第三章细分曲面重建技术  45-75
  §3.1 细分造型技术  45-57
    §3.1.1 基本概念  45-46
    §3.1.2 细分技术综述  46-49
    §3.1.3 经典细分格式介绍  49-57
  §3.2 曲面重建技术  57-63
    §3.2.1 多面体网格重建  57-58
    §3.2.2 参数曲面重建  58-59
    §3.2.3 隐式曲面重建  59-61
    §3.2.4 细分曲面重建  61-63
  §3.3 用Loop细分曲面插值拟合点云数据的方法  63-74
    §3.3.1 细分插值方程组的建立及性质  64-70
    §3.3.2 控制顶点的计算方法及步骤  70-72
    §3.3.3 计算实例  72-74
  §3.4 本章小节  74-75
第四章基于细分小波的多分辨率造型技术  75-107
  §4.1 多分辨率造型技术综述  75-79
    §4.1.1 基于网格简化的多分辨率造型技术  76-77
    §4.1.2 基于小波分析的多分辨率造型技术  77-79
  §4.2 基于细分小波的多分辨率分析理论  79-87
    §4.2.1 多分辨率分析的基础知识  79-84
    §4.2.2 半正交小波的构造  84-85
    §4.2.3 双正交小波的构造  85-87
  §4.3 基于提升格式的细分小波构造方法  87-90
    §4.3.1 Lazy小波的构造  87-88
    §4.3.2 双正交细分小波的构造  88-90
  §4.4 双正交三进制Loop细分小波的构造及应用  90-106
    §4.4.1 三进制Loop细分格式  91-93
    §4.4.2 半规则网格的构造  93-96
    §4.4.3 三进制Loop细分Lazy小波的推导  96-98
    §4.4.4 双正交三进制Loop细分小波的构造  98-101
    §4.4.5 三维图形处理的应用算例  101-106
  §4.5 本章小节  106-107
第五章细分小波紧框架的构造及应用  107-127
  §5.1 不规则多分辨率分析的小波紧框架构造理论  107-110
  §5.2 基于Loop细分曲面的小波紧框架构造方法  110-114
  §5.3 Loop细分小波紧框架对三维图形处理的应用  114-125
    §5.3.1 小波紧框架的分解重构算法  114-117
    §5.3.2 半规则网格的构造  117-119
    §5.3.3 三维图形的去噪  119-121
    §5.3.4 三维图形的压缩和渐进传输  121-125
  §5.4 本章小节  125-127
总结与展望  127-129
参考文献  129-149
攻读博士学位期间发表的学术论文  149-150
中文摘要  150-162
ABSTRACT  162-174
致谢  174-175

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