[发明专利]一种基于外接球策略区域增长的点云表面重建方法及系统

权利要求书

1.一种基于外接球策略区域增长的点云表面重建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在点云数据集中选取三个点云数据连接成三角形，形成种子三角形；

步骤2：基于外接球的区域增长搜索，以种子三角形为基础进行区域增长，形成由一组点云数据构成的候选集，计算候选集中每个点云数据与种子三角形每条边两个端点连线之间的角度，从中选取角度最接近60°的点为候选点，候选点与种子三角形边的两个端点相连得到新的三角面片，最接近正三角形的三角形面片为最优三角形；

步骤3：扩展方向选取，在得到种子三角形后和最优三角形后需要确定最优三角形与种子三角形的连接方向以保证重建表面的延展性和平滑性；首先，对点云数据的法向量进行估计，然后采用右手螺旋法则确定扩展方向，即法向量方向为右手拇指方向，螺旋方向为最优三角形的拼接方向；

步骤4：边列表的构建，在完成扩展方向的选取后，需要对三角形的边的信息进行保存处理，通过构建边列表的数据结构保存构成三角形的边的信息，保证满足条件的点云都进行了三角化但对于已经扩展的点不需要进一步的扩展，防止已经重建的点云再次重建；最后循环步骤2-步骤4直到没有能够扩展的最优三角形后，点云表面重建结束。

2.根据权利要求1所述的一种基于外接球策略区域增长的点云表面重建方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

步骤1.1：首先选取三角形的初始点，初始点的选取区域为距离三维坐标系原点的极小值；对于一个点云数据集，相对于坐标系原点的极小值，描述如公式(1)：

其中，d为极小值；对于一个点云数据P(x,y,z)来说，a为坐标x轴的坐标值，b为坐标y轴的坐标值，c为坐标z轴的坐标值；

接着以初始点A为基础点进行半径内邻域搜索寻找距离最近的临近点B，连接基础点和临近点作为初始边AB，描述如公式(2)：

AB＝min{AB_i} (2)

其中：i为半径内邻域搜索的邻域点数量；

步骤1.2：在构建初始边以后，以初始边的中点为圆心进行半径邻域搜索，半径的大小为r，描述如公式(3)，将所有在半径内的点与初始边AB的两个端点相连，从中选取角度最接近60°的点为最佳扩展点，最佳扩展点与初始边构建的三角形即为种子三角形；

3.根据权利要求1所述的一种基于外接球策略区域增长的点云表面重建方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

步骤2.1：以步骤1得到的种子三角形为基础进行区域增长，以种子三角形的边为三条基准边，以基准边的中点为圆心、基准边长度的的为半径画圆，在圆内的点云数据集为候选集；

步骤2.2：在得到候选集的一组点云数据后，计算候选集中每个点与基准边两个端点连线之间的角度，从中选取角度最接近60°的点，将该点与基准边两个端点相连得到新的三角面片，此方法构成的三角形最接近正三角形，通过正三角形进行的点云重建表面效果最佳，即最优三角形；如果在圆内没有找到满足条件的点云数据，则将搜索半径范围扩大，扩大的半径描述如公式(4)，以此实现动态外接圆的策略；

其中：θ为当前候选集中点与基准边两个端点连线之间的角度，默认初始角度为60°，且为了保证不形成尖锐三角形，最小角度为15°；R′为扩展后的半径大小；AB为基准边的长度。