本发明专利技术公开了一种基于Screened Poisson重建的三维模型建立方法，获取真实物体的带有法向的点云数据，并将所述点云数据归一化作为Screened Poisson重建的输入，通过样条基函数求解离散的Poisson能量方程，得到χ，将χ取0，得到真实物体的三维模型的表面函数；考虑了点云噪声的影响，采用“离散‑连续‑离散”的思想，依据几何表面的连续性、光滑性等性质，获得可尽量精确表达物体实际表面的隐式曲面，从而有效降低了噪声带来的误差，获得更加精确的网格模型；采用PHT样条函数表达分层构造线性系统，可自适应地调整所求网格的疏密，从而保证曲面连续、光滑，避免漏洞出现。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及三维模型建立
，尤其涉及一种基于ScreenedPoisson重建的三维模型建立方法。
技术介绍
三维重建的技术有很多种，主要分为基于图像重建、基于扫描重建等。扫描重建先要通过深度相机获取物体的空间信息(点云数据)，再通过一定方法重建获得相应网格模型。在重建阶段，传统的技术是通过构建点云数据所在区域的符号距离场，通过MarchingCubes方法获得物体表面(等值面)的点，以一定的规则进行连接，最终获得期望的网格模型，具体步骤如下：1、每个扫描获得的点在空间中都对应一个距离，先将点云数据转化为一系列距离值，即距离场；再将包含符号距离场的长方体区域均匀划分为一个个体素(即小立方体)，得到体素网格；2、逐个处理符号距离场中的体素，分类出与等值面相交的体素，并插值计算出其与等值面的交点；3、根据体素每一顶点与等值面的相对位置，将等值面与体素边的交点按照一定的方式连接生成相应三角网格曲面，作为等值面在该体素内的一个逼近表示。由于立方体体素的对称性(顶点状态反转与旋转对称性)，可将连接方式归纳为15种。其中，黑色的顶点表示该顶点在等值面外。通过逐个处理体素，达到对等值面三角化的目的，从而得到网格曲面。MarchingCubes原理基于一个基本假设：沿六面体边的符号距离场呈连续性变化，即如果一条边的两个顶点分别大于或小于给定值(比如0)，则在该条边上有且仅有一点是这条边与0等值面的交点。一般情况下，MarchingCubes方法可以获得较好的网格模型，但也存在了一些问题：1、当扫描获得的点云存在噪声时，基于MarchingCubes的方法因为直接基于点云计算距离场，会提取出不正确的网格表面；2、MarchingCubes固定的顶点连接模式，依旧无法完全解决连接的歧义性；3、在扫描的过程中，由于硬件约束和角度限制，总会导致某些区域扫描不到，那部分的符号距离场缺失，导致网格出现空洞。以往的方法需要额外检测空洞的存在，并根据几何曲率等进行修补，增加了计算的复杂度，也增加了扫描系统运行的时间。
技术实现思路
为解决
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提出一种基于ScreenedPoisson重建的三维模型建立方法。本专利技术提出的一种基于ScreenedPoisson重建的三维模型建立方法，包括下列步骤：S1、获取真实物体的带有法向的点云数据S2、将S1中获取的所述点云数据归一化作为ScreenedPoisson重建的输入，所述Poisson能量方程为：其中，χ为所述点云数据的指示函数，其表示一组基线性组合，α为权重，为梯度算子。S3、通过样条基函数求解离散的Poisson能量方程，得到χ；S4、将S3中得到的χ取0，得到真实物体的三维模型的表面函数。优选地，在S3中，具体包括下列步骤：S31、求解输入的点云数据的包围盒，确定自变量(x,y,z)的定义域；S32、将S1中得到的定义域分割为多个定义域层，获得节点序列，根据公式(1)构造样条基函数Yd，并且根据下列公式(2)和(3)为每个定义域层构造线性系统：Ax＝b(3)其中，d＝1,2,…,N.，pi,j,k为系数；S33、通过Eigen或MKL对所述线性系统进行求解得到χ。优选地，在S31中，标识两个对角点(x0,y0,z0)、(x1,y1,z1)，得到指示函数的有效定义域：x0＜x＜x1，y0＜y＜y1，z0＜z＜z1。优选地，在S32中，构造PHT样条基函数。优选地，在S32中，将定义域分隔为n个定义域层，n≥3；优选地，n＝8。优选地，在S4中，具体包括下列步骤：S41、提取χ＝0的等值面；S42、对所述等值面进行点采样，并且通过Delaunay三角化获得网格。优选地，在S2中，根据所获取的点云数据的精确度选择α，α随着点云数据的噪声增加而减小。本专利技术中，所提出的基于ScreenedPoisson重建的三维模型建立方法，考虑了点云噪声的影响，采用“离散-连续-离散”的思想，依据几何表面的连续性、光滑性等性质，获得可尽量精确表达物体实际表面的隐式曲面，从而有效降低了噪声带来的误差，获得更加精确的网格模型；采用PHT样条函数表达分层构造线性系统，可自适应地调整所求网格的疏密，从而保证曲面连续、光滑，避免漏洞出现。附图说明图1为本专利技术提出的一种基于ScreenedPoisson重建的三维模型建立方法的流程示意图。图2为真实物体模型图。图3为所获取的图2的点云数据的坐标示意图。图4为所获取的图2的点云数据的法向示意图。图5为对图3求解的定义域示意图。图6为B样条基函数和PHT样条基函数的拓扑结构示意图。图7为对图3的定义域分隔的2个定义域层的示意图。图8为对图3的定义域分隔的3个定义域层的示意图。图9为对图3的定义域分隔的8个定义域层的示意图。图10为对图3的定义域分隔为7个定义域层提取的网格示意图。图11为根据图9的定义域层提取的网格示意图。具体实施方式参照图1，本专利技术提出的一种基于ScreenedPoisson重建的三维模型建立方法，包括下列步骤：S1、获取真实物体的带有法向的点云数据在S1中，点云数据为空间中存在的一个包围盒(即包含这些点集的形状)。S2、将S1中获取的所述点云数据归一化作为ScreenedPoisson重建的输入，所述Poisson能量方程为：其中，χ为所述点云数据的指示函数，其表示一组基线性组合，α为权重，为梯度算子。在S2的具体实施方式中，线性系统中的权重α可取任意值，如α＝1,2,3,...等等，根据所获取的点云数据的精确度选择α，α随着点云数据的噪声增加而减小，。S3、通过样条基函数求解离散的Poisson能量方程，得到χ；在S3的具体实施方式中，具体包括下列步骤：S31、求解输入的点云数据的包围盒，确定自变量(x,y,z)的定义域；在S31的一种具体实施方式中，标识两个对角点(x0,y0,z0)、(x1,y1,z1)，得到指示函数的有效定义域：x0＜x＜x1，y0＜y＜y1，z0＜z＜z1。S32、将S1中得到的定义域分割为多个定义域层，获得节点序列，根据公式(1)构造样条基函数Yd，并且根据下列公式(2)和(3)为每个定义域层构造线性系统：Ax＝b(3)其中，d＝1,2,…,N.，pi,j,k为系数；S33、通过Eigen或MKL对所述线性系统进行求解得到χ。S4、将S3中得到的χ取0，得到真实物体的三维模型的表面函数。在S4的具体实施方式中，具体包括下列步骤：S41、提取χ＝0的等值面；S42、对所述等值面进行点采样，并且通过Delaunay三角化获得网格。在本实施例中，所提出的基于ScreenedPoisson重建的三维模型建立方法，获取真实物体的带有法向的点云数据，并将所述点云数据归一化作为ScreenedPoisson重建的输入，通过样条基函数求解离散的Poisson能量方程，得到，将取0，得到真实物体的三维模型的表面函数；考虑了点云噪声的影响，采用“离散-连续-离散”的思想，依据几何表面的连续性、光滑性等性质，获得可尽量精确表达物体实际表面的隐式曲面，从而有效降低了噪声带来的误差，获得更加精确的网格模型；采用PHT样条函数表达分层构造线性系统，可自适应地调整所求网格的疏密，从而保证曲面连续、光滑，避免漏洞本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于Screened Poisson重建的三维模型建立方法，其特征在于，包括下列步骤：S1、获取真实物体的带有法向的点云数据S2、将S1中获取的所述点云数据归一化作为Screened Poisson重建的输入，所述Poisson能量方程为：(Δ-αI~)χ=▿·V→---(1);]]>其中，χ为所述点云数据的指示函数，其表示一组基线性组合，α为权重，▽为梯度算子。S3、通过样条基函数求解离散的Poisson能量方程，得到χ；S4、将S3中得到的χ取0，得到真实物体的三维模型的表面函数。
【技术特征摘要】
1.一种基于ScreenedPoisson重建的三维模型建立方法，其特征在于，包括下列步骤：S1、获取真实物体的带有法向的点云数据S2、将S1中获取的所述点云数据归一化作为ScreenedPoisson重建的输入，所述Poisson能量方程为：(Δ-αI~)χ=▿·V→---(1);]]>其中，χ为所述点云数据的指示函数，其表示一组基线性组合，α为权重，▽为梯度算子。S3、通过样条基函数求解离散的Poisson能量方程，得到χ；S4、将S3中得到的χ取0，得到真实物体的三维模型的表面函数。2.根据权利要求1所述的基于ScreenedPoisson重建的三维模型建立方法，其特征在于，在S3中，具体包括下列步骤：S31、求解输入的点云数据的包围盒，确定自变量(x,y,z)的定义域；S32、将S1中得到的定义域分割为多个定义域层，获得节点序列，根据公式(1)构造样条基函数Yd，并且根据下列公式(2)和(3)为每个定义域层构造线性系统：Yd=Σi=02Σj=02Σk=02pi,j,kNi(x)Nj(y)Nk(z)---(2)]]>Ax＝...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨周旺，
申请(专利权)人：合肥阿巴赛信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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