基于激光扫描的三维模型的偏差分析

摘要

定量化分析或鉴定评价一个实体模型是计算机三维图形学研究的一个重要问题。利用三维激光扫描和计算机来定量化分析评价实体模型，不仅快速、可靠、精度更高，而且评价标准统一，公正客观。因此，本文提出了一种基于激光扫描的三维模型定量化偏差分析方法。这种方法是利用三维激光扫描仪扫描标准的和待评价的模型，将采集到了模型点集在计算机上表示出来；并将采集到的两个点集模型配准，两个模型的坐标系相对齐；然后，先将点集模型重构为连续曲面模型，再将连续曲面模型离散化；最后，依据标准的模型生成的离散曲面的等距面，可以在各个方向和层次对待评价模型给出偏差量化计算。本文在三维模型偏差分析中需要解决的主要问题有：三维模型的信息采集到计算机中，两个或多个三维模型之间的配准，对三维模型的定量化表示等。针对以上问题，本文研究的内容包括以下几个方面：1.利用三维激光扫描仪采集三维点集模型。激光扫描仪具有快速和精确等特性，并且点集在计算机中可以非常方便的表示和处理，所以，本文选用三维激光扫描仪作为采集设备，以点云形式获取三维物体表面的阵列式几何图形数据，并将点集数据直接生成STL文件便于保存和读取。2.改进的快速ICP配准算法对两个或多个点集模型进行配准。在对三维点集数据进行预处理后，将三维点集数据映射成二维二值化图像，对二维二值化图像进行配准得到粗略配准结果，然后利用Szymon等人提出的快速ICP算法进行精确配准。3.将点集模型重构为连续曲面模型及曲面模型的离散化。要精确的量化的两个模型之间的偏差，除了将两个点集模型配准，还需要将两个点集模型重构为曲面模型，然后将曲面模型离散化，利于量化计算。本文采用的是Delaunay三角剖分来重构整个曲面。在三维点集重构为三维的连续曲面以后，还需要将曲面模型用体图形学来表示，即将两个模型放在同一空间中，并利用八叉树结构将两个曲面离散化。4.计算离散曲面的包络面上的离散体元而生成等距面，对偏差进行量化计算。该算法通过计算离散曲面的包络面上的离散体元而生成等距面，有效地解决等距计算过程中发生的拓扑、自相交等现象。体元结构便于在体积或长度上三维模型偏差的计算。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 课题来源

1.3 国内外的研究现状

1.4 本文完成的工作

1.5 本文的结构

第二章 三维模型扫描和配准

2.1 三维模型扫描

2.2 点集配准算法

2.3 改进的快速ICP 配准算法

2.3.1 点集预处理

2.3.2 粗略配准

2.3.3 ICP 算法精确配准

2.4 实验结果分析

2.5 本章小结

第三章 三维曲面重构及曲面离散化

3.1 三维曲面重构

3.2 连续曲面离散化

3.2.1 八叉树量化

3.2.2 三角形与立方体相交测试

3.3 实验结果与分析

3.4 本章小结

第四章 离散曲面等距面的生成

4.1 引言

4.2 三维离散曲面模型

4.3 等距面生成算法描述

4.3.1 离散球面结构元

4.3.2 离散球面在离散曲面上的滚动

4.3.3 抽取包络面

4.4 改进等距面生成算法

4.5 实验结果与分析

4.6 本章小结

第五章 工作总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文