逆向工程中点云数据压缩算法的研究与改进

详细回顾了逆向工程中点云数据压缩算法的国内外研究现状,并从大量的数据重建模型所带来的问题比如计算复杂,时间长,占用大量的内存空间等方面比较各种已有算法的优势,具体论述了它们的应用范围,并基于数据点的排列方式上指出每种方法的局限性,进而在已有八叉树的均匀细分方法的基础上提出了利用三维网格进行数据精简的八叉树非均匀细分方法,保证保留任何形式的边界数据点,提高压缩后数据点的精度,最后给出了流程图.     

基于线性四叉树的数据分块

在建立数字高程模型时，往往会遇到海量的离散数据点，造成遍历数据点的困难。通常采用的方法是将数据点划分成一个个的子块，然后由子块索引得到数据点，但是当数据点的分布不均匀的时候，这种技术也不能有效地提高数据检索的速度。现针对数据点分布不均匀的情况，结合四叉树结构，提出了一种新的数据分块的技术——基于线性四叉树的数据分块，探讨了线性四叉树分块技术的数据结构、实施过程和其优缺点。     

基于GPU的并行八叉树生成算法

提出了一种新颖的完全在GPU端以并行方式构造八叉树的算法。克服了以往GPU八叉树生成算法难以构建结点间的邻接关系以及对应用领域的局限性等困难,适用于在GPU中对散乱点云数据、三角网数据以及离散数据场数据构建八叉树。该方法以紧密排列的方式线性存储各层八叉树结点同时避免存储空结点信息,有效节约了存储空间并且提高了逐层并行遍历八叉树的效率。与传统的CPU单线程递归分割构造八叉树的算法相比较,速度可以提高一个数量级。     

采用局部凸性和八叉树的点云分割算法

针对粗糙点云分割效果差的问题,提出了一种采用八叉树和局部凸性的点云分割算法.该算法首先通过仪器扫描得到仅包含坐标信息的点云数据,然后对点云进行法向量估算,并根据点云的法向量信息进行八叉树初始分割得到面片,最后根据面片之间的局部凸性特征进行融合,得到最终的分割结果.与其他同类算法相比,采用八叉树和局部凸性的点云分割算法不仅能有效地减少曲面数量,而且在曲面质量上也优于同类算法.采用塔身震落石块的点云数据进行的实验表明,该算法在处理分布较均匀的闭合点云数据时,能够有效减少最终的曲面个数,且面片的质量与手工分割拟合度达到90 ％以上.     

几何造型中的八叉树描述法

本文研究了几何造型中的八叉树描述法，提出了八叉树描述法中细分后的立方体分类新方法，该方法通过简单的计算，避免了复杂的面面相交及点分类计算，使立方体分类运算得以简化。实践证明该算法在工程应用中是非常有效的     

三维十字链表八叉树的高效检索实现

三维八叉树是用于描述三维空间的一种树状数据结构。根据三维八叉树数据结构的特点设计三维十字链表八叉树的数据结构算法,同时利用十字链表八叉树数据结构的优势,在稀疏空间中提高三维十字链表八叉树算法的效率。通过三维八叉树和三维十字链表八叉树的对比试验,验证了三维十字链表八叉树在插入、删除、查找方面处理数据的效率,并且具有一定的有效性和适应性。     

基于八叉树的体绘制早期射线终止算法

早期射线终止是实时体绘制重要的加速算法之一。针对现有的算法中体数据逼近困难,需要大量的预运算时间等缺点,提出一种改进算法,基于八叉树的体数据表达,按视线方向从前向后的次序遍历八叉树,获得射线终止信息,再以深度缓冲剔取实现早期射线终止。算法对体数据逼近精确,无需预运算,加速绘制效果明显,且无损最终图像质量。     

自适应细分及优化编码八叉树碰撞检测算法

基于自适应三角网格划分和优化编码八叉树结构,在机器人虚拟手术训练系统中提出一种新的碰撞检测方法.采用该方法实现的八叉树结构占用存储空间小,且在具有良好的拓扑结构下又能保证实时性要求.八叉树结构中采用物体三角面片AABB包围盒平均边长的3倍设置八叉树空间单元大小,与已有文献采用包围球半径来设置八叉树空间单元大小相比,设置的单元大小合理有效,速度更快.最后根据三角形与最优单元大小相关性,通过自适应三角网格细分,利用三角形中心距离方法检测单元空间中三角形碰撞.实验仿真数据验证了该方法的实时性和有效性.     

一种八叉树编码加速的3D纹理体绘制算法

针对后分类3D纹理体绘制算法在数据量较大或片元着色程序较复杂时绘制速度较慢的问题,提出了一种基于八叉树编码的加速算法.首先设置八叉树的高度,并根据空间位置对体数据逐层剖分,然后构建八叉树,用八叉树结点来保存生成子块的相关信息,最后遍历八叉树来实现空间跳跃,减少了在体数据内采样生成的片元数量,从而缩短了GPU对片元进行着色、测试、混合等处理的时间.实验结果表明,该算法可应用于不同片元程序的纹理体绘制中,绘制速度均在10帧/s以上,与自适应分块加速算法相比,该算法能获得平均3.7的高加速比.     

地学图形数据的四叉树处理方法研究

介绍了地学图形数据的四叉树编码数据结构．用该数据结构研究地学图形数据的四叉树编码的转换、缩放、存贮等算法,并探讨了二维图形由四叉树编码数据结构转换为光栅显示器显示图形的方法．同时讨论了用Ｃ语言实现地学图形四叉树数据结构的各种算法．本算法适用于二维地学图形的四叉树编码数据的运压缩存贮及各种逻辑图象操作,可节省大量的存贮空间,加快图形／图象数据的运算速度,为计算机图形学的压缩编码技术提供了一种新的研究手段．     

一种针对3维人体冗余扫描模型的压缩方法

该文提出针对3维人体冗余扫描模型的压缩算法,首先应用2维轮廓关键点提取算法,采用区域覆盖和平滑处理方法分组提取在横截面上的轮廓关键点,再应用3维人体三角面片重构算法对压缩的顶点集重构3维人体模型.实验结果表明:该算法的压缩率约为10％,对处理冗余扫描和叠加扫描导致的冗余效果显著.     

Geometric Feature Extraction and Model Reconstruction Based on Scattered Data

A method of 3D model reconstruction based on scattered point data in reverse engineering is presented here. The topological relationship of scattered points was established firstly, then the data set was triangulated to reconstruct the mesh surface model. The curvatures of cloud data were calculatod based on the mesh surface, and the point data were segmented by odge-basod method; Every patch of data was fitted by quadric surface of freeform surface, and the type of quadric surface was decided by parameters automatically, at last the whole CAD model was created. An example of mouse model was employed to confirm the effect of the algorithm.     

Parameterization for fitting triangular mesh

In recent years, with the development of 3D data acquisition equipments, the study on reverse engineering has become more and more important. However, the existing methods for parameterization can hardly ensure that the parametric domain is rectangular, and the parametric curve grid is regular. In order to overcome these limitations, we present a novel method for parameterization of triangular meshes in this paper. The basic idea is twofold: first, because the isotherms in the steady temperature do not intersect with each other, and are distributed uniformly, no singularity (fold-over) exists in the parameterization; second, a 3D harmonic equation is solved by the finite element method to obtain the steady temperature field on a 2D triangular mesh surface with four boundaries. Therefore, our proposed method avoids the embarrassment that it is impossible to solve the 2D quasi-harmonic equation on the 2D triangular mesh without the parametric values at mesh vertices. Furthermore, the isotherms on the temperature field are taken as a set of iso-parametric curves on the triangular mesh surface. The other set of iso-parametric curves can be obtained by connecting the points with the same chord-length on the isotherms sequentially. The obtained parametric curve grid is regular, and distributed uniformly, and can map the triangular mesh surface to the unit square domain with boundaries of mesh surface to boundaries of parametric domain, which ensures that the triangular mesh surface or point cloud can be fitted with the NURBS surface.     

随机工程曲线的分形插值方法研究

以随机工程曲线的处理为目的,以地形曲线等为例,详细介绍了一种数值插值方法———分形插值法分形插值根据迭代函数系和自仿射理论建立而成,此方法利用（曲线上）有限的插值点,通过选取适当的压缩算子（文中称为垂直尺度因子）,可以很精确地构造出原随机曲线,反过来说,也可以把曲线数据压缩到有限的几个点上,是一种有效的数据压缩方法通过计算机编程,具体说明了分形插值的实现过程,其中包括根据分形曲线的自仿射特性而推导出来的计算垂直尺度因子的几何法由于现实中的工程曲线只具有部分自仿射结构或不具有明显的自仿射结构,笔者又在整体线性分形插值的基础上推导出分段线性分形插值,并对两者进行了比较,取得良好的效果最后讨论了分形插值在实际应用中存在的问题及其发展前景     

基于改进的三维Douglas-Peucker算法的多波束测深数据抽稀方法

 为压缩海量多波束测深数据,提出了一种利用三维D-P 算法进行多波束测深数据抽稀的方法。首先对三维D-P 算法中首基面的确定进行改进,使得算法运行效率提高数十倍,然后利用该算法对中国北部某海域的多波束测深数据进行数据抽稀的实验和验证,取得了较好的实验效果,表明该方法能够较好地抽取海底地形的特征点信息,适用于多波束测深数据的抽稀。该方法符合多波束测深系统的面测量模式,实现了三维空间下的具有全局性特点的数据抽稀,其渐进式数据选取方式,可以为建立海底地貌LOD（细节层次模型）提供不同精度要求的抽稀数据,具有良好的应用前景。     

基于渐变网格剖分方法的再生混凝土细观数值试验

细观上,把混凝土看成是由骨料、砂浆以及它们之间的界面等组成的多相复合材料,对于光滑的球形骨料,预先进行镶边处理,并在此基础上首先对封闭域形成表面单元,然后采用拓扑映射的渐变网格剖分方法往里拓扑成四面体单元网格,按同样方法依次生成界面单元网格和砂浆单元网格,删除表面单元和多余节点后形成混凝土试件的三维细观有限元网格模型。采用该细观有限元模型进行再生混凝土的单轴压缩数值破坏试验,结果表明,该网格模型在单机环境下很快的就能完成数值试验,与以往的自由网格剖分法和映射网格剖分法生成的细观有限元模型相比不仅在计算规模上大大缩小了,而且模拟的破坏形态与实际非常吻合,精度也很高。     

一种面向高分辨率激光扫描点云的三维建筑物的风格化渲染方法

目前,三维激光扫描仪已经可以方便且快速地获取大范围建筑物的高分辨率三维点云数据。然而,尽管高分辨的建筑物点云数据可以精确且直观的描述真实的建筑物场景,但是由于点云具有离散化的特点,传统直接展示原始三维点云数据的方法缺乏良好的视觉效果。针对高分辨率激光扫描点云的渲染问题,本文提出了一种面向高分辨率激光扫描点云的三维建筑物的风格化渲染的方法。该方法首先提出远距离点采样方法,在简化点云数据的同时保留其三维结构化信息,然后引入基于神经网络的风格渲染方法高效渲染三维建筑物网格数据,最后提出了基于KDTree的网格数据与点云数据的融合方法生成渲染点云。实验表明,该框架可有效地将给定二维图像的风格转化为三维建筑物风格,在保证良好视觉效果的同时,保留了建筑物的精确三维几何信息。     

三维油藏模型色彩显示

三维油藏模型彩色显示是油藏数值模拟和仿真的一项关键技术．它是在用地质统计方法将原始地质数据转化为网格化的空间数据场后,利用着色、消隐、投射、挖切等可视化手段建立空间几何模型,由此得出能显示物性的立体图、物性区间图、体化栅状图等各种三维油藏地质图件．该技术特征是,对网格内的每一个象素都进行了插值计算和着色,从而避免了锯齿状的物性区间边缘;着色直接利用网格结点的物性值进行,又能够直接反映油藏的真实情况．本法得出的三维油藏图件色彩逼真,描述细致,经胜利测井公司和物探局使用认为技术上有创新,有较高的实用价值．开发环境：在ＳＵＮ工作站上,以Ｘ－Ｗｉｎｄｏｗ和Ｍｏｔｉｆ为平台．     

基于HYPERMESH复杂地质体的FLAC3D实体建模

FLAC3D采用显式有限差分法求解微分方程,在土木工程领域数值分析中具有明显的优越性,但FLAC3D在复杂三维地质模型建立方面存在不足．结合AUTOCAD和HYPERMESH软件构建复杂地质模型,充分利用HYPERMESH在划分网格、提高网格质量和连续性检查等优点进行前处理．采用FORTRAN语言编写的HYPERMESH—TO—FLAC3D接口程序把建立的复杂模型导入至FLAC3D进行分析计算,从而实现用FI。AC3D解决问题时快速精准的建模目的．通过乌东德水电站地下洞室群三维建模实例检验了该方法的可行性和有效性,结果表明：基于HY—PERMESH软件建立复杂三维地质模型,并将其导入FLAC3D,结果令人满意,提高了建模效率,说明该方法在FLAC3D复杂模型建立方面具有一定的参考实用价值．     

三维地质模型信息可视化与工程应用

大型水利水电工程所处地区地质构造复杂，涉及的地质信息众多且时间跨度长，给工程设计带来很大的困难．基于锦屏一级水电站工程实例，通过对地质勘探数据的整理和对地质解译结果的分析，采用新的方法和数据结构建立了满足要求的三维地质模型．进而以三维地质模型为中心，从点、面、体3个层次将空间图形与其信息进行有机链接，同时也建立了相关的综合地质信息数据库，实现了三维地质模型信息的可视化管理与查询，突破了传统的纯文本方式，使工程人员能够全方位、动态地分析和利用地质信息，提高设计水平．