[发明专利]一种三维激光成像系统平面点云数据三角化处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维激光成像系统平面点云数据三角化处理方法，尤其涉及一种采用逐点插入和三角网生长平面点云数据三角化的方法，属于自由曲面构造技术领域。

背景技术

三维激光成像系统是指将激光扫描仪、全球定位系统、惯性测量系统等集成为一套设备，装在载体上对地面目标进行扫描，得到地面目标的三维信息，通过处理得到需要的三维空间图像。由于获取的反射回来的激光点数据呈星云状密集分布，所以形象地称为激光点云（Point Cloud），意思为无数的点以测量的规则在计算机里呈现物体的结果。三维激光成像系统通过给数字点云图配真彩色，从而得到被扫描物体的彩色真三维模型。通过三维激光成像系统获得激光点云图并不能够呈现被扫描物的三维形状特征，并且三维激光成像系统工作时对被扫描物反复进行扫描，因此形成的激光点云图中的数据点很多为重复点，为了构造被扫描物的三维模型首先需要删除激光点云图中的重复出现的数据点，然后按照被扫描物的形状特征（长度、高度、宽度等）对激光点云进行细分，最后将细分后的点云数据点通过一定的规则联结为平面，这样就能够完成对被扫描物的三维成像。

三维激光成像系统形成的激光点云为三维激光点云，对于三维的点云进行表面建模和构建真三维的Delaunay三角网这一技术还没成熟。目前没有统一的算法能完全解决这一课题，构建的模型在细节上还不能令人满意。由于三维散乱数据点之间拓扑关系的复杂性，对其直接剖分的理论和算法尚不完善。本发明公开了一种逐点插入和三角网生长平面点云数据三角化的方法，这中方法不仅能够用在平面散乱数据点的三角剖分中，也能够用在三维激光成像系统激光点云的三角剖分中。本发明具有思路简单，编程容易实现且能处理有凹面或洞等复杂表面状况的平面的优点。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种三维激光成像系统平面点云数据三角化处理方法，该方法将三维激光点云数据点联结起来，从而生成被扫描物的三维模型，本发明方法简单，易于编程实现，三角剖分曲面光滑精细，生成三维模型分辨率高的优点，能够处理存在洞或者凹面的复杂表面状况的曲面。

本发明解决的技术方案是：一种三维激光成像系统平面点云数据三角化处理方法，步骤如下：

（1）从三维激光成像系统扫描得到的三维立体点云数据中获得属于同一平面的三维立体点云数据，将同一平面的三维立体点云数据投影到二维平面上形成平面二维点云数据；

（2）计算步骤（1）平面二维点云数据的虚拟中心点；

（3）求取所有平面二维点云数据与其虚拟中心点之间的距离，找出所有平面二维点云数据中距离虚拟中心点距离最小的平面二维点云数据，将其作为真实中心点，并记为点1；

（4）求取所有平面二维点云数据与步骤（3）中找到的真实中心点之间的距离，按照与真实中心点距离从小到大的顺序对平面二维点云数据进行排序，排序的结果依次记为点1、点2、点3、点4……点N；

（5）利用经过排序处理后的前三个平面二维点云数据作为顶点围成一个初始三角形，初始三角形的三个顶点作为初始边界顶点，并确定初始边界顶点方向为以点1为边界顶点起点按逆时针方向进行排序；

（6）在步骤（5）的基础上插入点4，计算点4到初始边界顶点的矢量，找到初始边界顶点的可见起始点和可见终结点，形成新的边界顶点，然后对初始三角形进行更新；

（7）按照步骤（6）的方法依次插入点5、点6……点N，分别计算插入点到之前形成的边界顶点之间的矢量，找到之前形成的边界顶点的可见起始点和可见终结点，最终形成一个平面三角网；

（8）对平面三角网进行优化处理；

（9）将经过步骤（8）处理后的平面三角网从二维映射回三维，最终获得三维立体点云数据的三维立体三角网格图，实现对三维激光成像系统平面点云数据的三角化处理。

所述步骤（1）的实现方法为：

（1）根据三维立体点云数据的三维坐标选出属于同一平面的三维立体点云数据并进行保存；

（2）将保存下来的三维立体点云数据或者进行旋转去除或者直接去除第三维点云数据得到平面二维点云数据，并将去除后的第三维点云数据进行保存。

所述步骤（2）的实现方法为：