散乱点云的拓扑结构重建算法的研究.pdf

第8期
机槭设计与制造
2010年8月
Machinery Design Manufacture
文章编号:1001-3997(2010)08-0019-02
散乱点云的拓扑结构重建算法的研究“
倪敏敏1何雪明2薛莹邓杨
(江南大学机械工程学院,无锡214122)(2华中科技大学机械科学与工程学院,武汉430074)
Research on the algorithm for topology reconstruction of scattered point cloud
NI Min-min, HE Xue-ming, XUE Ying, DENG Yang
(School of Mechanical Engineering, Jiangnan University, Wuxi 214122, China School of Mechanical Science and
Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
〔摘要】基于由测量点云直接生成数控加工路径的这种思想,在散乱点云拓扑结构重构过程中,将
散乱点云进行等间隔区域分割,将点云进行压缩并投影至切平面,得到切平面的散乱点集,同时建立新的
链表结构分区存储点云数据。由平面上点的二维坐标定位,运用基于正交投影理论双映射算法对切平面
上的散乱点进行排序,分析平面点自然次序邻接排序的局限性,通过计算当前点与其邻近点的矢量分布
趋势,进一步改进双映射排序算法,完成各切片上数据的拓扑重构。
关键词:散乱点云;拓扑重构;切片;双映射
[Abstract] Based on the idea of generating NC tool ath from the point cloud directly, The scattered.
point cloud is divided at equal intervals In each data region, the points are reduced and projected to a middle
slice plane, obtaining a set ofscattered points which are stored in link List structure in the process of topology
reconstruction. A double-mapping algorithm based on ortho onal projection theory, which aims to sort the
scattered points on a slice plane, is presented. Each point and its neighborhood can easily be searched by
this sorting method and the limitation of the method using the natural adjacent sequence of points is aso
researched. By comput ing the vector locating trend of the curent point with its neighborhood, l ql to
further improe the double-mapping algorithm and the topology of the slice daa is fully reconstructed
Key words: Scattered point cloud; Topology reconstruction; Slicing; Double-mappixxn "".so
o●oaa●ののeっっっ?っな●でっ●口いい:いロいD(●G●いoG●)らい(●いつ争つら令心
中图分类号:TH16,TP391文献标识码:A
切平面炳侧備置δ2距离,为了避免随着切片厚度的增加而使切
逆向工程自20世纪80年代后期作为一项新的先进制造技平面上投影点数也相应増加从而导致径向宽度R过大的现象
术被提出以来在制造加工领域发挥了巨大的作用。在逆向工程引入切片邻域e。即在切平面两侧82区域内再设定一个范围,只
中,获取三维表面数据是首要而且也是最关键的一步,因为所获有在这个范围内的点才向切平面投影。如图2所示,只有在E2两
取的数据的精确与否直接影响重构物体CAD模型的精度。在进側。区城内的点才映射到E平面上。
行模型重建之前,需要对测量得到的散乱点云数据进行预处理来
C?
获得完整、正确的测量数据以方便后续的重构工作。经过预处理
后得到的点云数据就可以进行切片、排序以及拓扑结构重建
2散乱点云的切片技术
切片就是用一系列平行平面沿平面法矢方向来直接切割零
图1切片厚度的选取
件表面的点云模型,从而将空间分布的点云映射到相应的切片平
Ea
面上。切片时首先要确定切平面的平面法矢,即切片方向。为了简
化算法,尽量使切片方向与坐标轴平行。可以通过手调将点云的
轴线”旋转到与某个坐标轴平行,然后进行切片操作。切片方向
即为切片平面的法矢方向,如图1所示,用一组平行平面E1、E2,
Ep,对点云进行切片,8为每个切平面之间的法向距离,即切片
厚度。
图2切片邻域示意图
切平面将点云分割成一系列的区域,将每个区域内的点,映
通过大量的点云切片实验,采用求取点云的平均密度的方法
射至其対应的切平面上。在每个切平面的位置确定以后,分别向来确定邻域e,然后按平均密度的倍数取ε值,以单位表面积内
★来稿日期:2009-10-10火基金项目:国家自然科学基金(50575082)