[发明专利]一种基于空间殖民算法的树点云三维重建方法

摘要

本发明公开了一种基于空间殖民算法的树点云三维重建方法，以激光扫描设备获取自然环境中树的点云数据作为输入，采用空间殖民算法自动生成树三维骨架，并通过对提取骨架后处理完成树点云三维重建。重建结果表明，该方法能对多种类型的三维点云进行重建，重建后的三维模型与初始三维点云吻合度高，能较好地体现树的拓扑结构关系，且重建效率较高，对于3万以下的测试点云，重建时间在1分钟之内。该方法可为虚拟植物、景观设计和植物拓扑结构分析等提供重要参考。

主权项

一种基于空间殖民算法的树点云三维重建方法，包括以下步骤：(1)数据获取；(2)空间殖民算法；所述空间殖民算法包括：(1)把空白空间点与距离所述空白空间点最近的骨架点连接，用集合S(p)表示影响骨架点p的空白空间点集合；(2)找到每个骨架点对应可生长空白空间点集合S(p)；计算骨架点到受影响的空白空间点间的方向向量；(3)计算每一个骨架点受影响空白空间点集合S(p)中所有元素由(2)求得向量的和向量并标准化，所述和向量即该骨架点新生长方向；(4)每一骨架点的S(p)集合的单位化和向量用于确定新树枝的生长方向，即新骨架点的方向向量；所述新骨架点的位置p_n定义为：p_n＝D_s×nv其中，D_s表示骨架点距离。(5)删除处于竞争状态的空白空间点；检测新骨架点与空白空间点间的距离，若小于等于预先设定的删除阈值T_d，则删除空白空间点q；若空白空间点未被新骨架点影响，则保留；所述对应关系如下：|p‑p_n|≤T_d(6)按照上述流程继续进行下一次迭代；(7)进行多轮迭代；所述多轮迭代包括：1)程序执行前，选择树生长方向上的基骨架点；保存所述基骨架点到迭代骨架点集合中；2)执行一次空间殖民算法迭代；3)保留步骤2中迭代过程中新添加的骨架点；4)删除迭代骨架点集合中骨架点的S(p)为0的骨架点；合并新添加的骨架点到迭代骨架点集合，所述骨架点为步骤3保留的骨架点；5)新迭代骨架点集合从步骤b开始继续下一次迭代；(8)当达到用户指定的迭代次数时，迭代结束，生成完整的三维骨架。