一种基于船体外板点云数据的网格曲面确定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于船体外板点云数据的网格曲面确定方法及系统，包括：将船体外板的三维点云数据投影在二维平面，形成二维点云数据；利用二维点云数据的边界点以及三次样条插值算法，确定二维点云数据的边界曲线；根据二维点云数据的边界曲线，对二维点云数据进行网格划分，形成二维点云数据的横向网格曲线和纵向网格曲线；利用二维点云数据的边界曲线、横向网格曲线和纵向网格曲线，以及最近邻点插值算法，确定船体外板的三维重构网格曲面。可见，在本方案中，可将海量散乱的船体外板点云数据，转化为少量的规则排列的点阵数据，实现了海量散乱点云数据的规整化压缩，有利于外板曲面数据的存储、定位和比较。

【技术实现步骤摘要】
一种基于船体外板点云数据的网格曲面确定方法及装置
本专利技术涉及网格曲面重构
，更具体地说，涉及一种基于船体外板点云数据的网格曲面确定方法及装置。
技术介绍
船体外板具有大尺寸、形状复杂等特点，其三维轮廓一般通过3维激光扫描仪快速高精度的获取。但是测量得到的外板点云数据具有海量和散乱等特点，而且数据排列不规则，占据较大的空间，不利于外板轮廓数据的存储、成形情况的比对以及外板的定位。因此需要少量的规则排列分布的网格状数据来表示外板曲面。针对点云曲面的网格化问题，国内外目前主要有基于三角形网格重构和基于多边形网格重构的方法。基于三角形网格重构的思想是在给定区域选取种子三角形，然后通过区域增长的算法进行重构。基于四边形网格重构，采用的是分层逐点生成的思想，在每一层生成一个小的四边形，再利用B样条方法，拟合临近区域的点云。还有基于两个三角形合并成一个四边形的方法，但是不能考虑到区域内部结构特征及性质的变化。这些方法建立点云索引表比较复杂，且占用内存较大，空间复杂度较高。因此，如何克服现有技术中不易搜索点云数据、占内存较大以及空间复杂度较高的问题，是本领域技术人员需要解决的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于船体外板点云数据的网格曲面确定方法及装置，以实现对船体复杂外板的点云四边形网格重构，解决船体复杂外板海量散乱点云数据的数据存储量大、曲面定位难等问题。为实现上述目的，本专利技术实施例提供了如下技术方案：一种基于船体外板点云数据的网格曲面确定方法，包括：将船体外板的三维点云数据投影在二维平面，形成二维点云数据；利用所述二维点云数据的边界点以及三次样条插值算法，确定所述二维点云数据的边界曲线；根据所述二维点云数据的边界曲线，对所述二维点云数据进行网格划分，形成所述二维点云数据的横向网格曲线和纵向网格曲线；利用所述二维点云数据的边界曲线、横向网格曲线和纵向网格曲线，以及最近邻点插值算法，确定所述船体外板的三维重构网格曲面。其中，所述将船体外板的三维点云数据投影在二维平面，形成二维点云数据，包括：在船体外板的三维点云数据中，确定X坐标的最大值和最小值，以及Y坐标的最大值和最小值；在二维平面上创建矩形区域，并根据所述X坐标的最大值和最小值，以及Y坐标的最大值和最小值，将所述矩形区域划分为N×M的正方形网格区域；其中，N为横向网格数，M为纵向网格数，L为网格尺寸，且N、M均为不小于零的正整数，L为不小于零的有理数；将船体外板的三维点云数据投影在二维平面，通过所述正方形网格区域记录每个点的位置。其中，利用所述X坐标的最大值Xmax和最小值Xmin以及网格尺寸L，确定纵向网格数M；其中，利用所述Y坐标的最大值Ymax和最小值Ymin以及网格尺寸L，确定横向网格数N；其中，其中，所述利用所述二维点云数据的边界点以及三次样条插值算法，确定所述二维点云数据的边界曲线，包括：根据所述二维点云数据在所述正方形网格区域的位置，确定所述二维点云数据在所述正方形网格区域的边界网格；利用临近域的拟合曲线的曲率，确定所述边界网格内的角点，并通过插值法确定边界点；根据所述二维点云数据的边界点以及三次样条插值算法，拟合出所述二维点云数据的边界曲线；所述边界曲线包括上边界曲线、下边界曲线、左边界曲线以及右边界曲线。其中，根据所述二维点云数据的边界曲线，对所述二维点云数据进行网格划分，形成所述二维点云数据的横向网格曲线和纵向网格曲线，包括：根据所述二维点云数据的上边界曲线和下边界曲线，拟合出所述二维点云数据的横向网格曲线；根据所述二维点云数据的左边界曲线和右边界曲线，拟合出所述二维点云数据的纵向网格曲线；利用所述横向网格曲线和纵向网格曲线将二维平面划分为曲线网格。其中，所述横向网格曲线和所述纵向网格曲线的条数相同。一种基于船体外板点云数据的网格曲面确定装置，包括：二维投影模块，用于将船体外板的三维点云数据投影在二维平面，形成二维点云数据；边界拟合模块，用于利用所述二维点云数据的边界点以及三次样条插值算法，确定所述二维点云数据的边界曲线；网格划分模块，用于根据所述二维点云数据的边界曲线，对所述二维点云数据进行网格划分，形成所述二维点云数据的横向网格曲线和纵向网格曲线；曲面重构模块，用于利用所述二维点云数据的边界曲线、横向网格曲线和纵向网格曲线，以及最近邻点插值算法，确定所述船体外板的三维重构网格曲面。其中，所述二维投影模块包括：坐标值确定单元，用于在船体外板的三维点云数据中，确定X坐标的最大值和最小值，以及Y坐标的最大值和最小值；正方形网格区域划分单元，用于在二维平面上创建矩形区域，并根据所述X坐标的最大值和最小值，以及Y坐标的最大值和最小值，将所述矩形区域划分为N×M的正方形网格区域；其中，N为横向网格数，M为纵向网格数，L为网格尺寸，且N、M均为不小于零的正整数，L为不小于零的有理数；投影单元，用于将船体外板的三维点云数据投影在二维平面，通过所述正方形网格区域记录每个点的位置。其中，所述边界拟合模块包括：边界网格确定单元，用于根据所述二维点云数据在所述正方形网格区域的位置，确定所述二维点云数据在所述正方形网格区域的边界网格；边界点确定单元，用于利用临近域的拟合曲线的曲率，确定所述边界网格内的角点，并通过插值法确定边界点；边界曲线拟合单元，用于根据所述二维点云数据的边界点以及三次样条插值算法，拟合出所述二维点云数据的边界曲线；所述边界曲线包括上边界曲线、下边界曲线、左边界曲线以及右边界曲线。其中，所述网格划分模块包括：横向网格曲线拟合单元，用于根据所述二维点云数据的上边界曲线和下边界曲线，拟合出所述二维点云数据的横向网格曲线；纵向网格曲线拟合单元，用于根据所述二维点云数据的左边界曲线和右边界曲线，拟合出所述二维点云数据的纵向网格曲线；曲线网格划分单元，用于利用所述横向网格曲线和纵向网格曲线将二维平面划分为曲线网格；所述横向网格曲线和所述纵向网格曲线的条数相同。通过以上方案可知，本专利技术实施例提供的一种基于船体外板点云数据的网格曲面确定方法，包括：将船体外板的三维点云数据投影在二维平面，形成二维点云数据；利用所述二维点云数据的边界点以及三次样条插值算法，确定所述二维点云数据的边界曲线；根据所述二维点云数据的边界曲线，对所述二维点云数据进行网格划分，形成所述二维点云数据的横向网格曲线和纵向网格曲线；利用所述二维点云数据的边界曲线、横向网格曲线和纵向网格曲线，以及最近邻点插值算法，确定所述船体外板的三维重构网格曲面。可见，在本方案中，可将海量散乱的船体外板点云数据，转化为少量的规则排列的点阵数据。实现了海量散乱点云数据的规整化压缩，有利于外板曲面数据的存储、定位和比较；本专利技术还公开了一种种基于船体外板点云数据的网格曲面确定装置，同样能实现上述技术效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例公开的一种基于船体外板点云数据的网格曲面确定方法流程示意图；图2为本专利技术实施例公开的二维投影示意图；图3为本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于船体外板点云数据的网格曲面确定方法，其特征在于，包括：将船体外板的三维点云数据投影在二维平面，形成二维点云数据；利用所述二维点云数据的边界点以及三次样条插值算法，确定所述二维点云数据的边界曲线；根据所述二维点云数据的边界曲线，对所述二维点云数据进行网格划分，形成所述二维点云数据的横向网格曲线和纵向网格曲线；利用所述二维点云数据的边界曲线、横向网格曲线和纵向网格曲线，以及最近邻点插值算法，确定所述船体外板的三维重构网格曲面。

【技术特征摘要】
1.一种基于船体外板点云数据的网格曲面确定方法，其特征在于，包括：将船体外板的三维点云数据投影在二维平面，形成二维点云数据；利用所述二维点云数据的边界点以及三次样条插值算法，确定所述二维点云数据的边界曲线；根据所述二维点云数据的边界曲线，对所述二维点云数据进行网格划分，形成所述二维点云数据的横向网格曲线和纵向网格曲线；利用所述二维点云数据的边界曲线、横向网格曲线和纵向网格曲线，以及最近邻点插值算法，确定所述船体外板的三维重构网格曲面。2.根据权利要求1所述的网格曲面确定方法，其特征在于，所述将船体外板的三维点云数据投影在二维平面，形成二维点云数据，包括：在船体外板的三维点云数据中，确定X坐标的最大值和最小值，以及Y坐标的最大值和最小值；在二维平面上创建矩形区域，并根据所述X坐标的最大值和最小值，以及Y坐标的最大值和最小值，将所述矩形区域划分为N×M的正方形网格区域；其中，N为横向网格数，M为纵向网格数，L为网格尺寸，且N、M均为不小于零的正整数，L为不小于零的有理数；将船体外板的三维点云数据投影在二维平面，通过所述正方形网格区域记录每个点的位置。3.根据权利要求2所述的网格曲面确定方法，其特征在于，利用所述X坐标的最大值Xmax和最小值Xmin以及网格尺寸L，确定纵向网格数M；其中，利用所述Y坐标的最大值Ymax和最小值Ymin以及网格尺寸L，确定横向网格数N；其中，4.根据权利要求2或3所述的网格曲面确定方法，其特征在于，所述利用所述二维点云数据的边界点以及三次样条插值算法，确定所述二维点云数据的边界曲线，包括：根据所述二维点云数据在所述正方形网格区域的位置，确定所述二维点云数据在所述正方形网格区域的边界网格；利用临近域的拟合曲线的曲率，确定所述边界网格内的角点，并通过插值法确定边界点；根据所述二维点云数据的边界点以及三次样条插值算法，拟合出所述二维点云数据的边界曲线；所述边界曲线包括上边界曲线、下边界曲线、左边界曲线以及右边界曲线。5.根据权利要求4所述的网格曲面确定方法，其特征在于，根据所述二维点云数据的边界曲线，对所述二维点云数据进行网格划分，形成所述二维点云数据的横向网格曲线和纵向网格曲线，包括：根据所述二维点云数据的上边界曲线和下边界曲线，拟合出所述二维点云数据的横向网格曲线；根据所述二维点云数据的左边界曲线和右边界曲线，拟合出所述二维点云数据的纵向网格曲线；利用所述横向网格曲线和纵向网格曲线将二维平面划分...

【专利技术属性】
技术研发人员：程良伦，常清，徐金雄，陈仿雄，佘爽，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44