保持特征的点云迭代简化算法

提出了一种特征保持的三维点云迭代简化算法。首先对点云模型构造KD树结构,计算采样点的k邻域,然后利用点云模型的局部几何信息作为参数,包括局部采样密度、采样点的精度和曲率,计算评估函数值,迭代删除评估函数值最小的点。实验结果表明,算法在简化点云数据的同时,能有效去除噪声数据,而且很好地保留了原始模型的特征信息。     

尖锐特征诱导的点云自动分片算法

点云模型的分片技术是数字几何处理领域的基础技术之一.提出一种尖锐特征诱导的点云模型自动分片算法.算法首先计算点云模型的局部微分属性,并以此来识别模型上的尖锐特征点;然后采用改进的折线生长算法生成并完善特征折线,并基于特征折线采用三次B样条曲线来逼近的尖锐特征点;最后采用区域生长方法将点云模型分割成多个几何特征单一、边界整齐的点云数据面片.实验表明,本文算法运行稳定,可以准确地分割点云模型.该算法可用于点云模型的形状匹配、纹理映射、CAD建模、以及逆向工程等应用中.     

基于自适应角度的三维点云分割方法

点云分割是基于点云数据空间几何信息提取的一项重要工作,它是点云数据特征提取与分析的基础。同时,点云数据通常是离散的和非结构化的,点云数据的分割不是一项简单的数据处理任务,分割效率和分割精度决定了后续数据处理工作的结果。因此,研究点云数据分割具有重要意义。提出一种基于自适应角度的三维点云切割算法,使用PCA算法找到最佳降维投射方向,以降低原始点云数据维度,并利用投射簇的概念实现对原始目标点云的切割获取。     

基于自适应椭圆距离的点云分区精简算法

利用传统点云精简算法进行散乱点云简化会导致点云模型部分细节特征的丢失或模糊以及影响非平面区域的光顺性。针对这些问题,提出基于自适应椭圆距离的点云分区精简算法。首先,通过对邻域点集进行微切平面与局部曲面的拟合,计算出各点的法矢及曲率等;其次,利用所得几何特征信息,提取点云边界特征以及完成点云平面区域与非平面区域的划分;最后,采用改进后的精简算法对不同区域进行简化。实验结果表明,该算法不但能够快速完成符合要求精简率的数据简化,还能保护点云模型的细节特征以及保证模型非平面部分的光顺性。经过软件分析得出,精简后模型与原始模型的距离误差的标准偏差为0.015 mm。     

利用神经网络的城区机载激光雷达点云分类算法

为了将神经网络应用于城区激光雷达点云数据分类,并针对大规模点云数据训练过程中计算量大、耗时长的问题,改进原有PointNet神经网络,加入了点云邻域特征的提取和分析,提出了一种新的点云分类算法。通过网格化聚类和重采样压缩原始点云数据量,提取多尺度邻域点云数据,利用改进PointNet完成对城区点云数据的分类,并用不同地区数据验证该分类算法。结果表明该算法分类效果良好,分类精度较高;数据训练过程中的计算量减少;能够对城区机载激光雷达数据实现有效分类。     

多阈值提取平面点云边界点的方法

针对基于切片技术的点云数据重建算法需要提取切片内点云边界点,及现有算法效率低、提取效果不好等问题,提出一种多阈值提取平面点云边界点的算法。通过选取判断点的k个近邻点,计算相邻两点与判断点连线间夹角,由于边界点必存在最大夹角,通过判断最大夹角是否超过设定阈值,从而快速提取边界点。通过对阈值设值分析,不同点云数据的边界提取实验及几种方法间比较,该方法不受点云形状影响,均能较好提取边界点,且优于其他3种算法。结果表明该方法在保证原始点云特征信息的前提下,可较好提取边界点,提高后续点云重建速度与效率。     

基于多粒度特征的点云物体的分割与分类

要由于点云数据的无规则性,很多研究者通过MLP或者卷积等操作学习点云的特征。针对上述方法在学习点云时可能会忽略每个点之间的信息联系,提出一种结合粒计算中的多粒度思想,利用每个点周围的邻域信息,对点云采用KNN算法和下采样操作提取到每个点的局部特征信息,再利用上一层每个点所携带的局部信息进行粒化操作提取特征,从而得到多层次的特征表示。对于不同粒度的点云层进行MLP操作提取更多的特征信息,最后再把每个层提取到的特征信息与每个点原始的特征信息差值结合。实验结果表明,模型在点云的零件分割和形状分类数据集方面能达到更好的效果。     

基于残差边卷积的3D点云分类算法

3D点云的不规则性与无序性使点云的分类仍具有挑战性.针对上述问题,文中设计基于残差边卷积的3D点云分类算法,可直接从点云学习到具有区分度的形状描述子,用于目标分类.首先,设计具有残差学习的边卷积模块,用于点云的特征提取.通过K近邻算法,该边卷积模块在输入点云上构建局部图,使用卷积及最大池化进行局部特征的提取与聚合.然后,通过多层感知器从原始点特征中提取全局特征,并以残差学习的方式与局部特征结合.最后,以该卷积块为基本单元,构建深度神经卷积网络,实现3D点云的分类.文中方法较全面地考虑点云局部特征与全局特征的有机结合,网络具有更深层次的结构,最终得到的形状描述子更抽象,具有更高的区分度.在具有挑战性的ModelNet40、ScanObjectNN数据集上的实验证实文中方法的分类性能较优.     

心内膜散乱点云边界点检测算法研究

针对心内膜散乱点云预处理中的边界点检测,利用截线云理论将散乱点云进行等间隔区域分层,将点云投影至点云切片,得到切片的散乱点集,同时建立链表结构分区存储点云数据;由平面上点的二维坐标定位,提出区域"十"字算法进行切片数据边界点提取,获取切片数据的最外层点,将检测到的边界点存回原始三维数据源,完成预处理过程。实验结果证明,该算法对边界点具有较强的识别能力,能够在快速、有效地简化点云数据的同时保持原始特征的信息,可以提高后续三维建模的精度和速度。     

基于图像点云的道路缺陷检测

本文针对无人机图像点云道路缺陷检测问题, 提出了一种基于点云切片平面拟合与聚类的道路缺陷检测方法. 首先, 采集无人机图像进行三维重建生成图像点云, 对点云进行坡度滤波与统计离群点滤波, 消除噪声和异常点的干扰. 然后, 对点云进行切片并利用随机采样一致性平面拟合算法估计道路的平面模型. 随后, 运用点云DBSCAN聚类算法分类出边缘噪声与道路损伤点云. 最后, 采用点云切片法估计损伤程度. 在实验中, 我们使用真实无人机采集的点云数据, 并与基于点云垂直度特征检测方法进行了对比. 实验结果表明, 本文方法表现出较高的准确性和鲁棒性, 体积估计的误差为1307 cm³. 相较于传统方法, 本文方法能够更精确地检测出道路损伤, 并能适应复杂的道路形状变化.     

自适应的基于点云的CAD模型重建方法

基本的随机抽样一致性(RANSAC)算法无法根据点云模型的噪声自适应地设定分割参数,并有效判断点云数据是否被合理分割。针对该问题,提出了一种自适应的基于点云模型的计算机辅助设计(CAD)模型重建方法。该方法采用RANSAC算法从点云数据中提取基本形状体素,使用直方图法分析点到相应形状体素表面的投影距离。对分割不合理的区域,按照该点云面片的高斯噪声设置新的分割参数,再次进行形状提取。经过一定轮数的迭代,该方法可以合理提取点云模型中的细小形状体素。然后通过校准形状体素的位置和方向、根据相邻形状体素之间的交线裁剪形状体素,实现CAD模型的重建。最后,以误差分布图和直方图分析了原始点云数据中点到CAD模型表面投影距离,有70.71%的点的投影距离不超过点云模型包围盒高度的1%。实验结果表明,以点云包围盒高度的1%为尺度向实验数据中加入噪声时,该方法仍能够通过自适应设置分割参数提取出合理的细小体素。     

Completion and Reconstruction with Primitive Shapes

We consider the problem of reconstruction from incomplete point-clouds. To find a closed mesh the reconstruction is guided by a set of primitive shapes which has been detected on the input point-cloud (e.g. planes, cylinders etc.). With this guidance we not only continue the surrounding structure into the holes but also synthesize plausible edges and corners from the primitives' intersections. To this end we give a surface energy functional that incorporates the primitive shapes in a guiding vector field. The discretized functional can be minimized with an efficient graph-cut algorithm. A novel greedy optimization strategy is proposed to minimize the functional under the constraint that surface parts corresponding to a given primitive must be connected. From the primitive shapes our method can also reconstruct an idealized model that is suitable for use in a CAD system.     

Point set silhouettes via local reconstruction

We present an algorithm to compute the silhouette set of a point cloud. Previous methods extract point set silhouettes by thresholding point normals, which can lead to simultaneous over- and under-detection of silhouettes. We argue that additional information such as surface curvature is necessary to resolve these issues. To this end, we develop a local reconstruction scheme using Gabriel and intrinsic Delaunay criteria and define point set silhouettes based on the notion of a silhouette-generating set. The mesh umbrellas, or local reconstructions of one-ring triangles surrounding each point sample, generated by our method enable accurate silhouette identification near sharp features and close-by surface sheets, and provide the information necessary to detect other characteristic curves such as creases and boundaries. We show that these curves collectively provide a sparse and intuitive visualisation of point-cloud data.     

Automatic reconstruction of B-spline surfaces with constrained boundaries

The aim of this study is to present an automatic surface reconstruction method that can take practical restrictions on scanned points into consideration and efficiently and reliably output a group of G¹ surfaces. The proposed method is mainly composed of three phases: quadrangle frame generation, point and curve networks planning, and surface patches reconstruction. In the first phase, the original triangle mesh is reduced and converted into a quadrangle mesh, the edges of which serve as the frame of the surfaces. In the second phase, the boundary data of the surfaces are prepared. These include a network of serial points, frame curves and surface normals which are also expressed as curves. In the final phase, surface initialization, harmonization mapping and surface warping are presented to yield the desired surfaces. The main advantage of the proposed method is that it can relax the pre-processing of a scanned triangle mesh, and hence, increase the efficiency and quality of the surface reconstruction. Several examples of various types of air bags are presented to demonstrate the feasibility of the proposed method.     

LIDAR点云中多层屋顶轮廓线提取方法研究

在分析LIDAR数据提取建筑物轮廓线现状的基础上,针对多层、非规则屋顶轮廓线提取的难点,提出一种直接基于离散点云的屋顶轮廓线提取方法,该方法主要包括屋顶点的识别,初始轮廓线的提取以及轮廓线的规则化等步骤。最后采用实地数据进行验证,结果表明该方法具有一定的应用前景。     

Generation of Smooth Surfaces by Controlling Curvature Variation

To satisfy a designer's intention for constructing aesthetic shapes such as automotive bodies, we propose a surface generation method. In the surface design process, designers determine shapes according to their great concern for the reflected images of vehicle surroundings, shade lines and highlight lines. Since reflection and shading are affected by changes of surface normal, the curvature variation of the surface, which represents the change of the surface normal, should be smooth and distributed as designers want. The proposed method controls curvature distribution directly by determining a surface shape from an evolute, which is a locus of the curvature center of the generatrix and moves along directrices to form the surface. It first generates evolutes of boundary curves to be generatrices as rational Bezier curves, then interpolates their shapes with the Bezier polygons, and locates the interpolated shape to the corresponding position of the directrices. By applying this method, we have confirmed that a smooth shape is generated from four boundary curves.     

点云数据集的隐式曲面重构研究进展

点云数据的曲面重建就是对扫描设备获得的物体散乱数据点重建三维物体表面,它被广泛应用于计算机动画、目标识别、数据可视化以及地理信息系统。点云的隐式曲面重建由于能够去除点云噪声,修补孔洞和裂缝,不需要拼接和平滑等后续处理,成为点云数据集曲面重构的重要方法。文中综述了目前一些主要的隐式曲面重构方法,就隐式模型以及相应的曲面重构算法的优缺点进行了分析比较,并对隐式曲面重构存在的问题和未来发展方向作了相应的分析和讨论。     

一种非封闭自由曲面的点云边界提取算法

点云边界不仅作为表达曲面的重要的几何特征,而且作为求解曲面的定义域,对重建曲面模型的品质和精度起着重要的作用.以激光线性均匀扫描的点云数据为例论述了一种改进的空间非封闭自由曲面点云的边界提取方法,在原算法基础上增设阈值,变固定K值为变量K值.实验证明该算法不仅可以较快地提取边界,而且表达曲面边界特征比较精确.