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三维点云预处理与网格模型多分辨率实时绘制技术的研究

作　者: 项晨
导　师: 葛宝臻
学　校: 天津大学
专　业: 光学工程
关键词: 三维扫描点云光顺去噪数据精简实时多分辨率绘制
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

基于激光三维扫描技术的人体数字化已广泛应用于服装工业、康复工程、产品设计以及虚拟现实等领域,具有重要的应用价值和广阔的发展前景。本文采用激光三维人体扫描系统和高分辨率人脸扫描系统获得的三维点云,实现了数据重采样、光顺去噪、数据精简等点云预处理算法以及网格的多分辨率实时绘制技术,主要工作与创新点如下:1.采用基于主曲线与cardinal三次样条插值的点云重采样算法,实现了多传感器统一、杂散噪声消除。通过人体自动分割、单层点分块等预操作可以将该算法用于人体点云等复杂曲面数据,具有有效快捷的优点。2.提出了基于点云曲率特征混合分类的双边滤波平滑算法,该方法结合双边滤波和平面投影的方法,针对所划分的平面类、次特征类、富特征类三种邻域类型的点集进行自适应滤波,并采用变参数双边滤波器,同时避免了法向调整的费时运算。3.实现了基于局部曲率的体栅格点云精简算法,并对基于递归BSP树的层次聚类算法进行改进,在其基础上实现了采用优先级队列的聚类精简算法,提高了运行效率和可操作性。4.采用基于二次误差度量的动态简化方法构建有序渐进网格,并在此基础上采用信息查找表、三角形队列以及顶点映射表等一系列数据结构实现了基于视距远近、视窗大小以及模型旋转、平移的三维网格模型的LOD(多层次细节)实时绘制。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 三维数字可视化处理流程  8-11
    1.1.1 三维信息获取技术  8-9
    1.1.2 点云预处理技术  9-10
    1.1.3 模型重建及编辑  10-11
  1.2 三维人体数字化的最新研究与应用  11-13
  1.3 激光三维人体、面部数字化系统介绍  13-15
  1.4 课题背景和论文主要工作  15-17
第二章基于主曲线与cardinal 样条插值的点云重采样  17-26
  2.1 研究背景  17-18
    2.1.1 点云重采样技术  17-18
    2.1.2 多传感器数据统一算法  18
  2.2 基于主曲线和cardinal 样条插值的点云重采样技术  18-23
    2.2.1 主曲线研究中的相关数学概念  18-19
    2.2.2 主曲线的生成  19-22
    2.2.3 点集的cardinal 插值  22-23
  2.3 实验分析与讨论  23-24
  2.4 本章小结  24-26
第三章点云数据光顺去噪技术  26-41
  3.1 基本理论与研究背景  26-28
    3.1.1 点云噪声的来源与分类  26-27
    3.1.2 点云光顺去噪算法的目标  27
    3.1.3 光顺去噪算法的分类  27-28
  3.2 点云空域局部信息的获取  28-32
    3.2.1 邻域定义与空间剖分  28-31
    3.2.2 邻域搜索  31
    3.2.3 点云采样密度  31
    3.2.4 协方差分析  31-32
  3.3 经典算法的研究与实现  32-35
  3.4 基于曲率特征分类的点云平滑去噪算法  35-38
    3.4.1 微分几何相关概念  35-36
    3.4.2 基于曲率特征的点云数据混合分类  36-37
    3.4.3 基于平面投影与双边滤波结合的方法平滑点云  37-38
  3.5 实验分析与讨论  38-40
    3.5.1 K（邻域点个数）的选取依据  38
    3.5.2 实验结果分析  38-40
  3.6 本章小结  40-41
第四章点云数据精简技术  41-57
  4.1 点云数据精简技术概述  41-43
    4.1.1 点云数据精简技术的分类  41-42
    4.1.2 点云精简算法与网格精简算法比较  42
    4.1.3 点云数据精简算法的评价  42-43
  4.2 基于局部曲率的体栅格点云精简算法  43-46
    4.2.1 点云数据局部曲率的估算  43-45
    4.2.2 精简原则的确定  45-46
  4.3 基于BSP 树的层次聚类点云精简算法  46-50
    4.3.1 层次聚类简述  46-47
    4.3.2 基于BSP 树的空间二分  47
    4.3.3 算法描述  47-49
    4.3.4 基于优先级队列的点云层次聚类精简方法  49-50
  4.4 实验分析与讨论  50-56
    4.4.1 基于局部曲率的体栅格精简算法的实验  50-51
    4.4.2 层次聚类点云精简算法的实验  51-54
    4.4.3 几种方法的时间效率分析  54-56
  4.5 本章小结  56-57
第五章网格模型的实时连续多分辨率绘制  57-71
  5.1 相关概念与研究背景  57-59
    5.1.1 LOD 技术的概念和应用领域  57-58
    5.1.2 相关研究  58-59
  5.2 基于改进PM 二次误差度量的简化算法  59-64
    5.2.1 相关定义  60
    5.2.2 基于PM 算法构建有序渐进网格  60-62
    5.2.3 基于二次误差度量的简化算法  62-63
    5.2.4 简化算法的主要步骤描述  63-64
  5.3 实时连续的LOD 绘制方法  64-67
    5.3.1 基于视距和视窗的交互方法  64-66
    5.3.2 基于模型旋转和平移的交互方法  66
    5.3.3 顶点映射表  66-67
  5.4 实验分析与讨论  67-70
    5.4.1 基于视距和视窗驱动的LOD 模型实验  67-70
    5.4.2 基于模型旋转和平移驱动的LOD 绘制实验  70
  5.5 本章小结  70-71
全文总结与展望  71-73
参考文献  73-80
发表论文和参加科研情况说明  80-81
致谢  81

三维点云预处理与网格模型多分辨率实时绘制技术的研究

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