[发明专利]一种基于蚁群优化的网格分割方法

权利要求书

1.一种基于蚁群优化的网格分割方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)输入待分割三维网格数据和参数，然后进入步骤(2)；

(2)计算网格属性，然后进入步骤(3)；

(3)数据预处理，然后进入步骤(4)；

(4)在待分割网格中选择种子点，然后进入步骤(5)；

(5)进行网格标签初始化，然后进入步骤(6)；

(6)进行蚁群优化迭代直到满足迭代标准，然后进入步骤(7)；

(7)区域合并，然后进入步骤(8)；

(8)输出分割结果，其中：

步骤(1)中输入的待分割网格数据包括三维网格的几何坐标信息和拓扑信息；

步骤(2)中网格属性指形状直径函数SDF，其的计算过程如下：

(21)、对于表面网格上的一个顶点，作一个以该顶点为圆锥顶点、顶点法向量的逆方向为中心线方向的圆锥体；

(22)从该顶点上引出若干条圆锥体范围内的射线交于表面网格，通过构建八叉树结构来计算与网格相交的射线；

(23)去除与顶点法线方向相同的射线，取剩下长度在所有射线长度中位数标准差之内的射线作加权平均，即得到该顶点的SDF值；

其中：一个射线的长度指该射线的顶点和射线法向量逆方向交于表面网格之间的距离；

射线长度中位数指顶点法向量逆方向为中心线方向的圆锥体内所有射线长度的中位数；

对于有限的数集，可以通过把所有观察值高低排序后找出正中间的一个作为中位数；

权值是射线到圆锥中心线的夹角的反角。

2.根据权利要求1所述的一种基于蚁群优化的网格分割方法，其特征在于，步骤(3)数据预处理包括以下步骤

(31)准备每个网格的辅助数据结构；

(32)计算每个网格的邻域；

对每一个网格顶点，通过搜索输入网格的数据，寻找与该顶点直接相联系的网格顶点,然后将这些网格顶点作为该顶点的领域放到辅助数据结构中；

(33)将SDF归一化

将SDF换算成0到1之间的数值，换算公式如下：

其中，

SDF_old为换算前的数值，

SDF_new为换算后的数值，

SDF_min换算前所有网格SDF的最小值，

SDF_max换算前所有网格SDF的最大值。

3.根据权利要求1所述的一种基于蚁群优化的网格分割方法，其特征在于，步骤(4)中采取随机的方法选择种子点。

4.根据权利要求1所述的一种基于蚁群优化的网格分割方法，其特征在于，步骤(5)网格标签初始化包括如下步骤：

(51)所有的网格先赋予一个背景标签；

(52)然后对于每一个种子点赋予一个唯一的标签，周围的网格点赋予和种子点一样的标签。

5.根据权利要求1所述的一种基于蚁群优化的网格分割方法，其特征在于，步骤(6)包括：

(61)对于每次迭代，每个网格从Γ个种子点标签中找到最佳的标签，如果找到最佳的标签和上一次的最佳的标签不一样，网格的标签进行更新；

(62)更新每个网格中每个标签的残留信息浓度。

6.根据权利要求5所述的一种基于蚁群优化的网格分割方法，其特征在于，步骤(61)找到最佳的标签参照如下公式：

M＝argmax_u{p(u)},u∈Γ

其中，p(u)是一个种子点标签u的转移概率，其计算公式如下：

其中：

τ(u)表示该网格采用某一候补标签u的残留信息浓度；

η(u)表示表示该网格采用某一候补标签u的启发值；

τ(v)表示该网格采用某一候补标签v的残留信息浓度；

η(v)表示表示该网格采用某一候补标签v的启发值；

α和β是控制τ(u)和η(u)相对平衡的两个因子系数；

η(u)的计算公式如下：

ε(u)是网格对应于u标签的特征值。