点云光顺与对齐及管道曲面重构.pdf

华中科技大学 硕士学位论文 点云光顺与对齐及管道曲面重构 姓名：杨成林 申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程 指导教师：尹周平 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘 要 逆向工程是从现有产品到新产品的关键纽带，在当今的产品开发中已处于相当 重要的地位。在逆向工程中，原始的几何信息通常是测量得到的点云数据，所以点 云的处理在逆向工程的研究中占有重要的地位。本文对点云光顺、点云对齐以及管 道曲面重构三方面内容进行了研究。 点云数据通常由 3 维扫描仪得到，一般带有噪声。因此，在进一步的处理前， 需要对点云进行光顺。考虑到在三角网格曲面光顺中的各向异性平均曲率流方法已 较为成熟，本文通过点云局部三角化，将三角网格曲面几何流技术推广到点云曲面 上。本文的点云局部三角化方法首先有哪些信誉好的足球投注网站邻域点集，再将邻域点集投影到拟合平面 上，由正则三角化算法得到平面点集的三角化，并以此作为三维点集的三角化。其 中，正则三角化算法是专为此类问题设计。此点云光顺方法的有效性通过实例得到 了验证。 由于测量设备的限制，同一物体的点云往往是在不同的坐标系下测得。点云对 齐求解刚体变换，将不同坐标系下得到的点云统一到同一坐标系下。ICP 方法是处理 点云对齐问题的经典方法。本文从分析 ICP 方法提出的背景出发，以优化的角度分 析点云对齐问题，通过对距离场微分信息的分析，得到了点云对齐目标函数的微分 信息，从而使得经典优化算法得以应用到点云对齐中。本文通过实验对比了多种经 典优化算法在点云对齐中的应用，并加以理论分析，得到了 ICP 方法和经典优化算 法之间的联系，为进一步的深入研究奠定了基础。 管道曲面是常见的曲面形式。本文主要针对自由形式的管道曲面，提出了一种 从点云重构管道NURBS 曲面的方法。首先由点云得到三角网格曲面。然后使用调和 映射方法对三角网格曲面进行参数化。在参数化当中还进行了网格的分割。最后由 参数化的结果拟合NURBS 曲面。在拟合过程中，加入网格分割处的连续性约束，并 对NURBS 曲面结点进行优化配置，改善了拟合结果。 关键字：点云光顺、点云对齐、管道曲面重构 I 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 Abstract Reverse engineering is the key link for developing new products based on old products. It is very important in modern product development. Point clouds are essential geometric data sources in reverse engineering, so the research of point cloud processing is very important. In this thesis, point cloud smoothing, point cloud registration and pipe surface reconstruction are researched. Point clouds are most often created by 3D scanners ，and may be polluted by various kinds of noise. It is necessary to smooth point clouds before further processing. Considering that the anisotropic