[发明专利]一种基于星形假设的点云快速渐进式重建方法

权利要求书

1.一种基于星形假设的点云快速渐进式重建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一，采集或提供重建对象的全部点云；

步骤二，根据所述点云，构建初始球面模型并划分具有N个顶点的三角网格，对每个所述三角网格的顶点配置一个大顶堆，利用全部所述顶点构造K-D树；其中，

所述初始球面模型包括球心O和球半径R；

步骤三，将每一个所述点云中的点，沿径向方向投影到所述初始球面模型的三角网格表面并得到对应的投影点，基于所述K-D树计算所述三角网格中与所述投影点距离最近的顶点，并将该所述点云中的点绑定在该三角网格顶点处的所述大顶堆上；

其中，所述径向方向为所述球心O指向所述点云的矢量；

步骤四，根据所述点云计算每个所述三角网格顶点沿径向方向的目标长度r_i，并根据所述目标长度更新所述初始球面模型的形状，从而得到类星形的三角网格模型；

其中，如果绑定在所述三角网格顶点的点云集合则r_i＝max||p_j-O||，否则，r_i＝R；

其中，i∈N，j∈N，N为≥1000的正整数；

步骤五，针对所述类星形三角网格模型，构建光滑且紧密包围所述点云的星形网格约束h:S→R，即，

h＝argmin∑_i||Δ(r_i+h_i)||²+ω∑_i||h_i||²

其中，h是所述三角网格顶点在径向方向上相对于所述初始球面模型的网格顶点的偏移量构成的向量，h_i是第i个所述三角网格顶点的偏移量，并且h_i≥0，ω是用于控制包围所述点云的紧密程度的权重且ω＞0，Δ是球面拉普拉斯算子；

步骤六，根据所述h更新所述三角网格顶点的坐标得到新的星形三角网格模型，和

步骤七，继续渐进式地采集或提供所述重建对象的新增点云，并根据已有的和新增的所有点云更新所述星形三角网格模型的所述球心O的位置；然后重复所述步骤三～六，得到所述重建对象的重建模型。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二包括：根据依次输入的第一个和第二个所述点云中的点，计算所述球心O和所述球半径R，所述球心O＝(p₁+p₂)/2，所述球半径R＝||p₁-p₂||/2，p₁和p₂分别代表所述依次输入的第一个和第二个点。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤三中，采用基于K-D树的最近邻搜索法计算与所述投影点距离最近的所述三角网格顶点。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述大顶堆的顺序根据所述绑定在对应网格顶点的点云到球心O的距离大小确定。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤五中，所述Δ采用均权拉普拉斯，对于每个网格顶点s_i，有Δx_i＝∑_i′(x_i-x_i′)，

其中，i′为遍历所述三角网格顶点s_i的1-环邻域，

其中，Δx_i为第i个所述三角网格顶点的拉普拉斯，∑_i’(x_i-x_i′)表示第i个所述三角网格顶点与其1-环邻域内所有顶点的位置差的总和。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤五还包括求解h:

a.计算所述星形网格约束的一阶偏导方程并令所述一阶偏导方程等于0；

b.联立h_i≥0，采用迭代方法求解h；

其中，每次迭代中，当计算所得的h_i0时，则令h_i＝0，迭代次数的上限设置为100-500次。