基于方向矢量曲率估算的点云精简研究-论文.pdf

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1、2015年第6期文章编号：1009—2552(2015)06—0015—04DOI：10．13274／j．cnki．hdzj．2015．06．005基于方向矢量曲率估算的点云精简研究王—上．莹&莹—Ⅱ(上海理工大学机械工程学院，上海200093)摘要：逆向工程获得的大量散乱点云数据，不利于后续曲面重构工作，因此需要进行点云精简。文章利用包围盒法分割原始点云数据，确定邻域的中心点并搜索邻域点，基于方向矢量曲率计算方法估算曲率，并采用曲率精简原则精简点云。实例证明，该方法对于大量点云精简有明显效果。关键词：逆向工程；点云精简；包围盒；方向矢量；曲率

2、中图分类号：TP391．7文献标识码：APointcloudreductionresearchbasedonthenormalvectorcurvatureestimationWANGYing—ying(SchoolofMechanicalEngineering，UniversityofShanghaiforScience&Technology，Shanghai200093，China)Abstract：Inthereverseengineering，alargeandscatteredpointclouddatatakealotofdiffi

3、cultiestothesurfacereconstruction．Therefore，itisnecessarytocondensethepointcloud．Thispaperusesenvelopingboxmethodtodividethepointcloud，thensearchtheKneighborhoodbasedonitscentralpoint．Thecurvatureisaccuratelyestimatedbasedonthenormalvector．Itcondensesthepointcloudbasedonthec

4、urvatureestimationprinciple．Anexampleshowsthatthismethodiseffectiveinthepointcloudreduction．Keywords：reverseengineering；pointcloudreduction；envelopingbox；normalvector；curvature0引言曲面拟合时，拟合计算量较大，简化速度大大降低。Chenl3提出了减少三角网格数目的精简方法，适用随着复杂产品设计需求的与日俱增，逆向工程于分块或完整三维数据，但首先需对数据点云进行技术已经成为

5、当今产品设计的重要方法，主要应用在汽车，模具，航空等制造领域⋯。在逆向工程中三角网格化处理。Sun_4等人采用包围盒法来简化测量点云。本文利用包围盒法分割原始点云数据，获得零件表面几何信息的方法主要有两种：接触式和非接触式。接触式方法优点是测量精度高，但是确定K邻域的中心点并搜索K邻域点，基于方向矢对于表面形状复杂的物体测量速度慢，且要求测量量曲率估算方法得到曲率信息，采用曲率精简原则精简点云。人员有较高的测量技术；非接触方法优点是可以准确快速获取复杂表面的点云数据，但所获得的测量1基于包围盒法K邻域搜索数据点密度很大。目前主要采用非接触式方法

6、获取原始数据点分布散乱，数据点间拓扑关系不明数据点信息，但是获得的数据点散乱且海量，无法直显，因此，需要建立点云间的拓扑结构关系提高点云接进行模型重构。因此，逆向工程中对测量数据的精简是重构模型前的重要工作。收稿日期：2014—06—24基金项目：国家自然科学基金资助项目(51475309)Pauly采用高幂光滑曲面逼近点云模型，使得作者简介：王莹莹(1989一)，女，硕士研究生，研究方向为产品计算计算模型得到多层次简化，但对点云模型进行简单设计。一15—c是对称正半定矩阵，存在3个特征值A，A，A，(假设A

7、口，a，其中，a代表了由a，a构成的平面的法向量，即得到了数据点法矢量估算值。最小特征值对应的{Y⋯，Y⋯，z，z)，为解决点落在包围特征向量即为该点的法向量。⋯，，2．2点云位置的调整由式(1)可得拟合的二次曲面，由于式(1)为单值映射，即一组(，Y)对应唯一确定的Z值。但点云在三维坐标内分布并不规则，存在许多非单值映射情况，如法向量与Z轴夹角大于90。。因此需要在拟合前对点云位置进行合理调整，使其符合单值映射情况。对不符合条件的数据点进行旋转。为减少计算量，根据测量点的方向矢量判断数据点是否需要旋转。判断依据如下：①若方向矢量与轴的夹角大于

8、某一阈值，则需要旋转；否则不旋转；②若方向矢量与轴的夹角大于与Y轴的夹角，则确定轴为旋转轴，否则确定Y轴为旋转轴；其中，方向矢量与坐标轴的夹角的取值范