[发明专利]一种实体三维模型自动建模方法

摘要

本发明公开了一种实体三维模型自动建模方法，包括以下步骤1)、采集转台点云和建模物体点云，并实时配准获得物体和转台的混合点云；2)、点云预处理得到带有底面点的建模物体的表面点云；3)、表面重建获得物体的三维表面模型；4)、对三维表面模型进行模型简化处理，建立出物体的三维简化表面模型；5)、对三维简化表面模型进行纹理映射；6)、对经过纹理映射后的三维模型，进行模型渲染生成二维图像。优点在于本系统运行稳定可靠，运行过程实现了自动化，重建效果良好，建立出来的多粒度三维模型可以满足不同仿真场景的应用需要。

主权项

一种实体三维模型自动建模方法，基于Kinect传感器搭建的实体三维模型建模系统，该系统包括Kinect传感器、转台和计算机，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、利用Kinect传感器采集转台点云和建模物体点云，并通过实时配准获得物体和转台的混合点云；步骤二、对物体和转台的混合点云做点云预处理，得到带有底面点的建模物体的表面点云；步骤三、将带有底面点的建模物体的表面点云上的点连接成三角形网格，表面重建后获得物体的三维表面模型；步骤四、对物体的三维表面模型进行模型简化处理，建立出物体的三维简化表面模型；采用边折叠方法，按照比例删去三维网格模型上的点和边，建立出物体的三维简化表面模型；步骤五、对步骤四中物体的三维简化表面模型进行纹理映射；纹理映射分为两部分，首先是将带有彩色信息的点投影，生成彩色纹理点图；然后是对彩色纹理点图进行邻域颜色插值，填充点图上的未着色区域，形成完整的纹理图片；投影的步骤如下：步骤501、计算输入点云X的三维质心坐标，得到投射中心点C：xc=Σi=1nxi/nyc=Σi=1nyi/nzc=Σi=1nzi/n]]>其中，点云X是没有底部的物体点云，投射中心点C坐标为：(xc,yc,zc)，点云X上的点坐标为(xi,yi,zi)，n是点云X的点数，n为整数；步骤502、点云X投影到以投射中心点C为球心、半径R的球体上，得到点集PS：xsi=xc+(xi-xc)tiysi=yc+(yi-yc)tizsi=zc+(zi-zc)ti]]>其中，(xsi,ysi,zsi)是点集PS上的点坐标，半径R需要满足条件R＞MAX{xi2+yi2+zi2}，ti是点云X上的点(xi,yi,zi)在球体上的距离系数，该系数的数值不同，则点(xi,yi,zi)在球体上的投影点(xsi,ysi,zsi)位置不同；步骤503、把点集PS平移到以C为原点的直角坐标系下，得到点集PS'，再转换成球坐标，得到点集PS：xsi′=xsi-xcysi′=ysi-yczsi′=zsi-zc]]>ri=Rφi=arctan(ysi′xsi′)θi=arccos(zsi′ri)]]>其中，(xsi',ysi',zsi')是点集PS'中点psi'的直角坐标系坐标，(ri,φi,θi)是点psi'的球坐标系坐标，ri表示球坐标系原点C与点psi'之间的距离，θi表示有向线段Cpsi'与z轴正向的夹角，φi表示从z轴正方向看自x轴按逆时针方向转到有向线段Cpsi'在xCy平面的投影所转过的角度；步骤504、将点集PS进行等距圆柱投影，得到纹理坐标点集PC：ui=riφivi=ri(π2-θi)]]>其中，(ui,vi)是纹理坐标点集PC内的点二维坐标系内的坐标，ui为水平方向的像素坐标，vi为垂直方向的像素坐标；点云X中的每个点都对应一个纹理图片上二维坐标系内的坐标(ui,vi)；步骤505、新建一张黑色图片，将纹理坐标点集PC中点(ui,vi)的RGB值填充为点云X的点(xi,yi,zi)的RGB值(redi,greeni,bluei)，形成彩色纹理点图；邻域颜色插值的步骤如下：步骤I、检索投影得到的彩色纹理点图的每一个像素点，如果当前像素点pi的RGB值是(0,0,0)，该点为非彩色点，进入步骤II，否则，像素点pi的RGB值不是(0,0,0)，该点为彩色点，跳到步骤V；步骤II、在以非彩色点pi为中心、边长为lrect像素的正方形邻域中进行遍历，判断遍历结束后邻域内是否存在彩色点，如果至少存在一个彩色点，则进行步骤III，否则，该邻域内不存在彩色点，进入步骤IV；步骤III、计算邻域中每个彩色点的权重，再进入步骤V；公式如下：ωk为当前彩色点pk的权重，k为整数；dk＝||pk‑pi||，dk为当前彩色点pk到中心点pi的距离；dj是邻域中彩色点pj距中心点pi的距离，j＝1...k...m；m是邻域内彩色点的数量，m为整数；步骤IV、改变邻域大小为lrect＝lrect+Δl，遍历次数加1，重新进行遍历；如果存在至少一个彩色点，则进入步骤III；如果遍历次数N达到预设的上限后，没有找到任何彩色点，进入步骤VI；步骤V、如果pi是步骤I传输过来的彩色点，则直接将pi的RGB值添加到新的点集Pt中；如果pi是步骤IV传输过来的点，则利用权重计算点pi的RGB值，并添加到新的点集Pt，完成邻域颜色的插值；redi=Σk=1nredkωkgreeni=Σk=1ngreenkωkbluei=Σk=1nbluekωk]]>点pi的RGB值为(redi,greeni,bluei)，点pk的RGB值为(redk,greenk,bluek)，ωk为彩色点pk的权重；步骤VI、对下一个像素点pi+1，执行步骤I到步骤V，直到彩色纹理点图遍历结束；步骤六、计算机软件程序对经过纹理映射后的三维模型，进行模型渲染生成二维图像。