[发明专利]由点云构建网格面的方法

说明书

技术领域

本发明属于数字几何模型处理领域，特别涉及一种几何与拓扑敏感的由点云构建网格面的方法。 

背景技术

在数字几何模型处理领域，一个三维模型常有三种描述方式，一种是点云方式，即对模型的表面进行采样，直接用采样点来表达模型，这种方法比较简单，处理数据相对容易，是很多扫描模型数据的原始格式，但是，这种方法也有其固有的缺点，点云无法描述物体的拓扑，而且如果要以较高的精度描述表面，需要非常多的点；第二种是网格方式，即用有着连接关系的面片来表示模型表面，这种描述方式可以准确描述物体的拓扑，在3D建模和动画领域有着非常广泛的应用；第三种是样条曲面方式，由于这种方式与本发明的关系不大，故不多加阐述。 

在实际3D建模应用中，经常需要将点云描述方式转化为网格的描述方式。目前常用的方法有以下几种：体方法，通过点云拟合一个三维空间的隐式场，该隐式场的零点处即为隐式表面，然后直接通过非常成熟的Marching Cubes方法或其变种进行轮廓面的提取，从而完成网格的构造；非体方法，即直接从点云出发，生成网格。但是，这些方法都有一些重大的缺点：首先，这些方法所产生的网格很可能包含有拓扑错误，这些拓扑错误常常以小环或者表面空洞的形式存在；其次，这些方法大都不能很好地对所生成的曲面作出自适应的调整，即，在表面变化比较大的地方加大描述精度，而在表面变化较为缓和的地方减少描述精度，从而要么对物体表面的描述不够精确，要么所产生的面片数过多，给后续的渲染和处理造成负担。一些成熟的商业几何造型软件，如Geomagic、free form等软件，其所提供的点云建造网格功能都或多或少存在这些问题，特别地，目前尚未发现已知的商业软件能在点云重构网格的过程中保证拓扑的正确性。

为了能够够描述物体的拓扑，腔胞复形是常用的一种描述方法。这种方法用点、线、面、体来描述物体，如果包含一条线，则必包含该线的两个端点，同理，如果包含一个面或体，则必包含其边界。用腔胞复形描述物体有一个好处，就是可以清楚地表示物体的拓扑，算出物体的亏格等拓扑不变量，同时，还可以对物体进行保拓扑的骨架抽取(骨架本身也是腔胞复形)，以及基于骨架的保拓的生长。在三维空间中，腔胞复形的常用表示方式是带符号的八叉树(ESO)，这是计算机图形学中常用的一种数据结构。近年来，腔胞复形技术在数字几何处理领域的应用越来越广泛。 

发明内容

本发明的目的是提供一种由点云构建网格面的方法，以克服现有从点云生成网格面的技术中无法进行拓扑控制以及自适应调整面片规模等缺陷。 

为了达到上述目的，本发明的技术方案提出一种由点云构建网格面的方法，包括以下步骤： 

将输入的点云转化成隐式场； 

利用所述隐式场产生有符号的八叉树，根据所述八叉树产生初始的腔胞复形并进行修改，使得所述腔胞复形在拓扑上正确； 

由所述腔胞复形生成拓扑一致的网格表面，具体包括： 

对八叉树的立方体叶子结点进行细分，直到满足以下条件之一：a.所述立方体及其边界的符号全为正或者全为负；b.所述立方体的边 界能够按照符号分为两个连通分支且该立方体的每个面也符合该条件； 

对每个符号为负，两个端点为正的边，细分一次； 

采用DC方法完成网格表面的生成。 

上述由点云构建网格面的方法中，所述将输入的点云转化成隐式场采用MPU方法完成。 

上述由点云构建网格面的方法中，对腔胞复形进行修改具体包括： 

对所述初始的腔胞复形进行细化求骨架，移除骨架上的拓扑错误，得到拓扑正确的腔胞复形骨架； 

由所述拓扑正确的腔胞复形骨架进行几何敏感与拓扑保持的腔胞复形重建。 

上述由点云构建网格面的方法中，所述有符号的八叉树的层数为7～8层。 

上述由点云构建网格面的方法中，所述对初始的腔胞复形进行细化求骨架并移除骨架上的拓扑错误时，如果遇到有表现为骨架上小圈的拓扑错误，则将小圈断开，然后进一步细化骨架，最终得到没有拓扑错误的骨架。 

上述由点云构建网格面的方法中，所述由拓扑正确的腔胞复形骨架进行几何敏感与拓扑保持的腔胞复形重建时，对几何体表面进行考察，在变化剧烈的地方加大腔胞复形的描述精度，并在原拓扑错误的地方加大描述精度。 

本发明的技术方案在由点云构建网格面的过程中，克服了传统技术不能保证网格拓扑的不足，且能针对表面变化的程度自动调整描述精度，最后生成的网格既能保证拓扑，又能保证几何细节。 

附图说明