本發(fā)明涉及一種點(diǎn)云生成正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格面的構(gòu)建方法，屬于3D掃描技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
近年來，隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的提高及價格的降低，其在掃描系統(tǒng)中被大量的引入。做法一般是使用點(diǎn)云獲取裝置獲取物體的點(diǎn)云（即由多個三維離散點(diǎn)組成的點(diǎn)的集合），而后將點(diǎn)云數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，執(zhí)行相應(yīng)軟件對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理，比如計(jì)算機(jī)輔助驗(yàn)證（ComputerAidedVerification，CAV）、逆向工程（ReverseEngineering，RE）、有限元網(wǎng)格自動生成、計(jì)算機(jī)圖形處理及模式識別（如人臉的識別）等。構(gòu)建點(diǎn)云網(wǎng)格面是上述各種處理所需要使用的重要技術(shù)之一，也是上述各種處理所需要解決的一個關(guān)鍵問題。點(diǎn)云網(wǎng)格一般有三角形、四邊形及多邊形等多種形狀?，F(xiàn)有的技術(shù)中，只能構(gòu)建點(diǎn)云三角網(wǎng)格面，對于傳統(tǒng)的噴繪行業(yè)，由于噴繪設(shè)備噴嘴結(jié)構(gòu)多為正方形或圓形，對于一些矩形圖案的噴繪，需要將模型處理為由正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格組成的三維模型，傳統(tǒng)的三角網(wǎng)格面無法滿足作業(yè)需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題與不足，本發(fā)明提供一種點(diǎn)云生成正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格面的構(gòu)建方法，能構(gòu)建點(diǎn)云正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格面，實(shí)現(xiàn)多分辨網(wǎng)格的劃分。技術(shù)方案：一種點(diǎn)云生成正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格面的構(gòu)建方法，包括如下步驟：使用點(diǎn)云獲取裝置獲取物體的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)，所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)由多個三維離散點(diǎn)組成；采用空間八叉樹和KD樹的混合結(jié)構(gòu)表達(dá)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)；對原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行簡化；生成基準(zhǔn)網(wǎng)格；生成多分辨率網(wǎng)格；輸出多分辨率網(wǎng)格。進(jìn)一步的，所述對原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行簡化包括：將原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)按指定大小的立方體單元進(jìn)行劃分，然后對立方體單元內(nèi)的所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)值取平均，得到簡化后的點(diǎn)。進(jìn)一步的，所述生成基準(zhǔn)網(wǎng)格包括：對簡化后的點(diǎn)進(jìn)行三向分類，根據(jù)點(diǎn)的三向分類，分別在垂直于X軸方向、垂直于Y軸方向和垂直于Z軸方向，生成多個正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格；三方向上的正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格生成后，再對不同方向上的面進(jìn)行相關(guān)面銜接，并進(jìn)行多余面清除。進(jìn)一步的，所述相關(guān)面銜接包括：通過對正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格進(jìn)行遍歷，獲得組成正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格的4個特征點(diǎn)（正方形的四個頂點(diǎn)），對任意正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格的邊，比較與其相鄰的行、列、層的特征點(diǎn)，判斷是否適合組成正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格（即，判斷四個網(wǎng)格的邊是否相等，是否在一個平面），如果適合組成正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格，則將這兩個正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格標(biāo)記為相關(guān)面，并通過銜接生成新的正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格。進(jìn)一步的，所述多余面清除包括：通過對正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格進(jìn)行遍歷，對于沒有相鄰面的基準(zhǔn)網(wǎng)格，認(rèn)為是無效的基準(zhǔn)網(wǎng)格，進(jìn)行丟棄清除；對于一個基準(zhǔn)網(wǎng)格的邊，若有其他基準(zhǔn)網(wǎng)格相鄰，則判斷這些基準(zhǔn)網(wǎng)格是否還具備其他相鄰面，如果不具備，則認(rèn)為該基準(zhǔn)網(wǎng)格是無效的基準(zhǔn)網(wǎng)格，進(jìn)行丟棄清除。進(jìn)一步的，所述生成多分辨率網(wǎng)格包括：在生成正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格后，通過計(jì)算所有基準(zhǔn)網(wǎng)格的曲率及角度，按照相鄰基準(zhǔn)網(wǎng)格的曲率差及角度差在指定閾值范圍內(nèi)的原則，將基準(zhǔn)網(wǎng)格組合分成多個大的曲面（大面），在每個大的曲面上根據(jù)正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格再次生成指定分辨率的較大的正方形網(wǎng)格，當(dāng)物體的輪廓邊緣構(gòu)不成較大的正方形網(wǎng)格時，采用小于指定分辨率的長度擬合點(diǎn)，擴(kuò)展生成其他分辨率的網(wǎng)格。有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的點(diǎn)云生成正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格面的構(gòu)建方法，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)建點(diǎn)云正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格（面），可生成多分辨率的網(wǎng)格（面）；生成的網(wǎng)格模型整體誤差可控制在1cm以內(nèi)；從點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入到模型生成，可在兩分鐘左右完成。附圖說明圖1為本發(fā)明方法流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。點(diǎn)云生成正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格面的構(gòu)建方法，將三維激光掃描儀對物體掃描后生成物體的數(shù)字化點(diǎn)云模型數(shù)據(jù)，再轉(zhuǎn)化為正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格模型，并可以導(dǎo)出PLY文件格式。在整個點(diǎn)云處理過程中，需要按照點(diǎn)云轉(zhuǎn)化網(wǎng)格數(shù)據(jù)處理的流程，系統(tǒng)處理過程分為（如圖1所示）：點(diǎn)云坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、三維離散點(diǎn)數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)簡化、基準(zhǔn)網(wǎng)格生成、多分辨率網(wǎng)格生成和網(wǎng)格輸出幾個環(huán)節(jié)。1）數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入是指將三維離散點(diǎn)導(dǎo)入到系統(tǒng)中。2）數(shù)據(jù)簡化坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過空間八叉樹和KD樹的混合結(jié)構(gòu)處理后，將已知點(diǎn)云數(shù)據(jù)按指定立方體單元進(jìn)行劃分，然后對立方體單元內(nèi)的所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行取平均值，得到簡化后的點(diǎn)。3）基準(zhǔn)網(wǎng)格生成對簡化后的點(diǎn)進(jìn)行三向分類，即按簡化后的點(diǎn)靠近哪個坐標(biāo)軸，將簡化后的點(diǎn)分為垂直于X軸方向的點(diǎn)、垂直于Y軸方向的點(diǎn)和垂直于Z軸方向的點(diǎn)，根據(jù)點(diǎn)的三向分類，分別在垂直于X軸方向、垂直于Y軸方向和垂直于Z軸方向，按指定長度生成Ncm*Ncm(如1cm*1cm)的正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格（簡稱“基準(zhǔn)網(wǎng)格”，基準(zhǔn)網(wǎng)格的大小由參數(shù)控制），三方向上的基準(zhǔn)網(wǎng)格生成后，再對不同方向上的面進(jìn)行銜接，清除多余面。4）多分辨率網(wǎng)格生成生成基準(zhǔn)網(wǎng)格后，根據(jù)已知小面（該小面可隨便?。┡c相鄰小面的關(guān)系（已知小面與相鄰小面的屬性不一致），將基準(zhǔn)網(wǎng)格分成多個大面，在每個大面上根據(jù)基準(zhǔn)網(wǎng)格(如1cm*1cm)生成指定分辨率的較大網(wǎng)格（如10cm*10cm），對于物體的輪廓邊緣處，構(gòu)不成指定分辨率的網(wǎng)格時，以不破壞物體的輪廓特征為準(zhǔn)則，采用小于指定分辨率的長度擬合點(diǎn)，擴(kuò)展其他分辨率的網(wǎng)格（如生成10cm*Ncm（N在1-9之間）的面）。5）網(wǎng)格輸出網(wǎng)格輸出是指以PLY文件格式輸出多分辨率網(wǎng)格（模型）。舉例說明：已知一輛推土機(jī)，通過激光掃描儀快速對其進(jìn)行輪廓掃描，獲得原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)，現(xiàn)要通過本發(fā)明所描述的方法對其進(jìn)行構(gòu)建正方形網(wǎng)格模型和多分辨率網(wǎng)格模型。術(shù)語解釋：點(diǎn)云數(shù)據(jù)：由大量三維離散點(diǎn)組成的數(shù)據(jù)文件。正方形網(wǎng)格模型：全部由正方形面組合而成來表示物體的外輪廓的三維數(shù)據(jù)文件。第一步：數(shù)據(jù)輸入將轉(zhuǎn)換后的三維離散點(diǎn)導(dǎo)入到系統(tǒng)中，采用空間八叉樹和KD樹的混合結(jié)構(gòu)表達(dá)整體數(shù)據(jù)。由于本發(fā)明中只采集被測物體表面數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，故若完全采用空間八叉樹來表達(dá)，會導(dǎo)致樹深度過大的同時存在較多的空節(jié)點(diǎn)，浪費(fèi)存儲空間。采用混合結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以有效避免存儲空間的浪費(fèi)，又能提高搜索速度。術(shù)語解釋：空間八叉樹：是一種用于描述三維空間的樹狀的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。KD樹：KD樹（K維搜索樹）是把二叉搜索樹推廣到多維數(shù)據(jù)的一種主存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?；旌辖Y(jié)構(gòu)：此處混合結(jié)構(gòu)是指同時使用了空間八叉樹和KD樹兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，保留兩種樹的特性結(jié)構(gòu)。第二步：數(shù)據(jù)簡化地面激光掃描獲取的模型由集中的海量點(diǎn)組成，點(diǎn)間距在2-5mm之間，稱之為點(diǎn)云數(shù)據(jù)，海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)雖然能詳細(xì)描述物體特征，但卻因?yàn)閿?shù)據(jù)量較大，為數(shù)據(jù)處理帶來了很大的困難。海量數(shù)據(jù)不僅占用了大量的計(jì)算機(jī)資源，造成數(shù)據(jù)處理緩慢，同時這些數(shù)據(jù)中，有很多是多余的。這些多余的數(shù)據(jù)不利于后續(xù)的三維建模，因此需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行簡化，盡可能用最少的點(diǎn)最好地表達(dá)研究對象。本方法中采用的數(shù)據(jù)簡化方式主要是通過將點(diǎn)云模型劃分為1cm*1cm*1cm的基準(zhǔn)正方體，通過對落入基準(zhǔn)正方體內(nèi)的點(diǎn)，計(jì)算得到其平均坐標(biāo)（所有點(diǎn)坐標(biāo)值取平均），進(jìn)而得到簡化后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，一般可以對原有數(shù)據(jù)量進(jìn)行100倍左右的簡化，同時本方法對簡化后的點(diǎn)云，根據(jù)X軸、Y軸和Z軸對每個基準(zhǔn)正方體進(jìn)行分層編碼（如某個基準(zhǔn)正方體屬于第幾行（橫向位置）、第幾列（縱向位置）、第幾層（高度位置））。第三步：基準(zhǔn)網(wǎng)格生成基準(zhǔn)網(wǎng)格生成就是指對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行按正方形網(wǎng)格對其生成由面構(gòu)成的模型，取代原有由點(diǎn)組成的模型。本方法通過對簡化后的點(diǎn)進(jìn)行三向分類（按簡化后的點(diǎn)靠近哪個坐標(biāo)軸，將點(diǎn)分為垂直于X軸方向的點(diǎn)，垂直于Y軸方向的點(diǎn)和垂直于Z軸方向的點(diǎn)），根據(jù)點(diǎn)的三向分類，分別在垂直于X軸方向，垂直于Y軸方向和垂直于Z軸方向，生成1cm*1cm的正方形基準(zhǔn)網(wǎng)格，三方向上的基準(zhǔn)網(wǎng)格生成后，再對不同方向上的面進(jìn)行相關(guān)面銜接，并進(jìn)行多余面清除。術(shù)語解釋：相關(guān)面銜接：相關(guān)面銜接指的是通過對基準(zhǔn)網(wǎng)格進(jìn)行遍歷，獲得組成基準(zhǔn)網(wǎng)格的4個特征點(diǎn)，本方法中由于所有特征點(diǎn)都具有行、列、層三個屬性，因此系統(tǒng)中的相關(guān)面銜接指的是，對任意基準(zhǔn)網(wǎng)格的邊，通過查詢比較與其相鄰的行、列、層的特征點(diǎn)，判別是否適合組成新的基準(zhǔn)網(wǎng)格，若滿足形成新的基準(zhǔn)網(wǎng)格的條件（即可以組成正方形），則此兩個面標(biāo)記為相關(guān)面，并通過銜接生成新的正方形面（即新的基準(zhǔn)網(wǎng)格，或稱“基準(zhǔn)網(wǎng)格面”）。多余面清除：指的是通過對已經(jīng)構(gòu)成的所有基準(zhǔn)網(wǎng)格面進(jìn)行遍歷，對于那些沒有相鄰面（即與該面具有公共邊）的基準(zhǔn)網(wǎng)格，稱為獨(dú)立基準(zhǔn)網(wǎng)格，本方法認(rèn)為其為無效的基準(zhǔn)網(wǎng)格，則進(jìn)行丟棄清除，其次本方法還規(guī)定，對于一個基準(zhǔn)網(wǎng)格的邊，若同時具備多個基準(zhǔn)網(wǎng)格相鄰，則判斷這些相鄰的基準(zhǔn)網(wǎng)格是否還具備其他相鄰的基準(zhǔn)網(wǎng)格，若不具備，則本方法認(rèn)為該基準(zhǔn)網(wǎng)格為無效的基準(zhǔn)網(wǎng)格，則進(jìn)行丟棄清除。第四步：多分辨率網(wǎng)格生成多分辨率網(wǎng)格指的是組成模型除標(biāo)準(zhǔn)正方形網(wǎng)格外，對于一些特定區(qū)域無法構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)正方形網(wǎng)格的地方，可以采用構(gòu)建長方形或者更小的正方形來實(shí)現(xiàn)。本方法中采用的方式是，在生成基準(zhǔn)網(wǎng)格后，通過計(jì)算所有基準(zhǔn)網(wǎng)格面的曲率及角度，按照相近原則，將基準(zhǔn)網(wǎng)格組合分成多個大的曲面（如車輛的側(cè)面由幾百個1cm*1cm小面組成，但是因?yàn)榇蟛糠中∶娑季邆渫瑯拥姆较蚝颓?，以此可以將車輛的側(cè)面大部分劃分為一個大面）。本方法中在每個大面上根據(jù)基準(zhǔn)網(wǎng)格(1cm*1cm)再次進(jìn)行劃分生成指定分辨率的較大網(wǎng)格（如10cm*10cm），當(dāng)裝備輪廓邊緣構(gòu)不成Ncm*Ncm（10cm*10cm）的正方形面時，以不破壞物體的輪廓特征為準(zhǔn)則，采用小于指定分辨率的長度擬合點(diǎn)，擴(kuò)展生成其他分辨率的面。第五步：網(wǎng)格輸出將符合指定分辨率大小的網(wǎng)格與不符合的網(wǎng)格區(qū)分出來，分別賦以不同顏色，以ply（一種線面模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)文件）文件格式輸出多分辨率網(wǎng)格模型。