点云曲面边界线的提取.pdf

点云曲面边界线的提取 潘荣江 孟祥旭 （山东大学计算机科学与技术学院，济南，250100 ） panrj@sdu.edu.cn 摘要 针对点云表示的开曲面，提出了一种提取封闭边界线的方法。首先把点云数据的包围 盒划分成3D均匀网格，并把每一个点放入对应的网格单元中；然后把位于一个点的邻域内 的所有点投影到拟合平面上，判断边界点；最后对边界点进行排序，得到点云曲面的3D边 界线。这种方法不但可以得到无序点云数据集的边界线，而且能够用于具有多条封闭边界线 的情况。实验结果表明，该方法计算简单，能够得到精确的边界曲线。 关键词 点云 曲面 边界线 主成分分析 Finding Breaking Curves in Point Cloud Surfaces Pan Rongjiang, Meng Xiangxu Abstract We present a method for extracting the breaking curves of an open point cloud surface. First, a uniform 3D grid is constructed according to the bounding box of the point cloud data and each data point is put into one and only one cell. All adjacent points under a distance criterion of a data point are projected on the fitting plane and the data point is determined whether it is a boundary point. Finally all the boundary points are sorted and the 3D breaking curves are found. The method can be applied to unorganized point sets and can get all close breaking curves of a surface. Experimental results show that this approach is simple and can get accurate breaking curves. Key words point clouds, surface, breaking curve, PCA 1. 引言 边界线是描述开曲面的一个重要特征。在许多问题中都需要提取点云表示的开曲面的边 界线，例如物体分割[1]、目标识别[2]、文物复原[3]、碎片拼接[4]等。Emelyanov[5]提出了 一种利用贪心三角化提取曲面边界线的方法，把没有被三角形链包围的点看作是边界点。在 三角化时需要进行复杂的判断，使与一条边关联的三角形不能多于两个，而且不能形成四面 体，因此计算较复杂。Orriols[6]提出利用递归最小二乘法提取曲面边界线，采用了全局方法， 本课题得到国家自然科学基金）和山东大学跨学科预演项目（11150053182010 ）的资助。潘荣 江，男，1968 年生，博士研究生、副教授，研究方向为计算几何、计算机图形学、图象处理。孟祥旭，男， 1962 年生，博士、教授、博士生导师，研究方向为计算机软件与理论、人机交互与虚拟现实、CAD/PDM 。 1 计算速度快，但是得到的边界线不够精确，没有找出所有的边界点。 针对点云表示的开曲面，本文提出了一种利用投影平面提取边界线的方法。首先把点云 数据的包围盒划分成 3D 均匀网格，并把每一个点放入一个相应的网格单元中；然后确定位 于一个点的邻域内的所有点，用主成分分析法计算其拟合平面，并把所有点投影到拟合平面 上，对投影点排序，判断该数据点是不是边界点；最后对求得的边界点进行排序，获得点云 曲面的3D 边界线。这种方法不但可以得到无序点云数据集的边界线，而且能够用于具有多 条封闭边界线的情况。 2. 数据预处理 假设描述曲面的 3D