[发明专利]一种基于拓扑结构流形空间的树状三维模型重建方法

权利要求书

1.一种基于拓扑结构流形空间的树状三维模型重建方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、输入两个三维树形模型并分别进行骨架提取；

b、基于三维树形模型的骨架数据，对两个三维树形模型的分支点和树枝进行匹配，并通过插值算法使得两个三维树形模型的树枝一一对应；

c、基于经步骤b处理后获得的两个树形模型，计算其在预定义流形空间中的测地线，并通过插值采样从测地线上采样出预设个数的树形模型的骨架数据；

d、将步骤c中获得的树形模型的骨架数据还原为三维树形模型；

步骤c中，所述插值采样包括：

c1、输入树形模型序列，并以树形模型序列中的由步骤a输入并经步骤b处理所获得的两个树形模型作为初始模型S和T，以S和T分别作为起始点计算其在流形空间中的测地线作为初始测地线；

c2、基于步骤c1输入的树形模型序列，根据各树形模型在流形空间的映射点对初始测地线进行分段；

c3、激活与分段数量相一致的插值采样流程，各插值采样流程的输入分别为对应分段两端对应的树形模型；

c4、判定采样数量是否达到预设个数，达到则结束本步骤并进入步骤d，否则将本轮获得的树形模型添加至树形模型序列，并将更新后的树形模型序列输入至步骤c1进行新一轮的插值采样；

步骤c3中，所述插值采样流程包括：

c31、随机选取当前输入的模型输入对中的一个树形模型作为质心C，并将质心C放入队列Q中，设定当前迭代次数j＝0；

c32、选取当前输入的模型输入对中未被选为质心C的另一个树形模型作为M，计算出质心C与树形模型M间的测地线距离L，再计算出与质心C之间的距离为(1/(j+1))L的树形模型N，并将树形模型N赋值给C作为新的质心，更新迭代次数j；

c33、遍历队列Q中的所有树形模型，计算Q中树形模型与新的质心C的测地线距离D，如果Dσ，σ为预设距离阈值，则将队列Q中的所有树形模型清除，将新的质心C加入队列Q后返回步骤c32；否则，进入步骤c34；

c34、将新的质心C加入队列Q，如果Q的大小达到预设队列长度，则视为收敛，停止迭代并输出新加入的质心C作为本轮获得的插值模型；如果队列Q的大小小于预设队列长度，则返回步骤c32，如果j达到预设迭代次数，队列Q仍未收敛，则结束本流程。

2.如权利要求1所述的一种基于拓扑结构流形空间的树状三维模型重建方法，其特征在于，步骤a具体包括：

输入两个obj格式的树形模型，分别通过PyrLK光流处理进行骨架提取，生成对应树形模型骨架的txtskl数据，并将txtskl格式的三维骨架数据转换为newick格式数据。

3.如权利要求1所述的一种基于拓扑结构流形空间的树状三维模型重建方法，其特征在于，步骤a中，所述骨架提取具体包括：

对树形模型按其树枝的递进层次进行分层，并按层按树枝对每个树枝进行点采样，对每个树枝的采样以其分支点作为起点沿树枝生长方向进行，且至少包括其分支点和末端端点，每个点包括三维坐标属性和厚度属性。

4.如权利要求1所述的一种基于拓扑结构流形空间的树状三维模型重建方法，其特征在于，步骤b中，所述对两个三维树形模型的分支点和树枝进行匹配具体包括：

b1、通过采样点计算对应树枝的三维B样条曲线；

b2、统计输入的两个树形模型在对应的各层上的分支点个数；

b3、以对应层上分支点个数较少的树形模型在该层的第一个分支点作为起始，最后一个分支点作为末端，进行插值算法，在该层插入虚拟分支点和虚拟树枝，插入数量为两个树形模型对应层上分支点个数的差值；

b4、对经过步骤b3处理后获得的树形模型，按照各层分支点顺序，对每段树枝进行标识，并按设定的采样数量进行再采样，使得两个树形模型的树枝一一对应。