[发明专利]一种无序三维离散点云切片式构网方法

权利要求书

1.一种无序三维离散点云切片式构网方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获取无序三维离散点的有效范围和密度；

步骤1.1，统计三维离散点在X、Y、Z方向的坐标最大值和最小值，使用直方图统计算法剔除点云中的噪声点，得到点云的有效范围；

步骤1.2，使用现有点云密度计算算法得到点云密度；

步骤2，在X、Y、Z三个方向选取有效范围最大的方向为主方向，然后以该方向的密度值为间隔，沿主方向对无序三维离散点进行切片；

步骤3，按顺序对所有切片数据在其切面上求离散点集的凸包；

步骤4，将所有切面凸包按主方向进行排序，对第一个切面和最后一个切面进行闭合环内构三角网，即将两个切面构造为闭合面；

步骤5，按主方向顺序对相邻两个凸包边界进行三角构网，最终完成全部点云的表面构网。

2.如权利要求1所述的一种无序三维离散点云切片式构网方法，其特征在于：步骤1.1中首先统计X、Y、Z三个方向点云坐标的最大值和最小值，以Δx、Δy、Δz为间隔对X、Y、Z三个方向的点数分别进行直方图统计，然后删除三个直方图中最大、最小两个边界的噪声点，得到点云的有效范围；Δx、Δy、Δz的计算公式如下：

式中，maxX、maxY、maxZ、minX、minY、minZ为X、Y、Z方向上的最大、最小值，n为直方图一维数组的维数。

3.如权利要求1所述的一种无序三维离散点云切片式构网方法，其特征在于：步骤3中求每个切片离散点集的凸包，也即转换成二维平面内求凸包问题，以垂直于主方向的两个坐标轴建立切面平面坐标系，然后用经典卷包裹法对各切面求凸包；首先选择切面离散点集中y坐标最小的点作为凸包的第一个点，如果有多个点y坐标相同且都是最小值，则选择其中z坐标最小的点作为凸包的第一个点；接着以第一点为端点，向y坐标反方向作射线并逆时针旋转，当射线经过离散点集中第一点时，将此点作为凸包的第二个点；然后以当前射线方向为基准，当前点为端点，继续逆时针旋转找离散点集中下一个过射线的点，并将此点定为当前点，最后重复这个过程直到回到第一个点，此时获得的所有端点的连线即为所求的凸包。

4.如权利要求1所述的一种无序三维离散点云切片式构网方法，其特征在于：步骤4中包括以下几个子步骤：

步骤4.1，在切面上找凸包内离重心最近的的一个点作为第一个点加入闭合环，并与闭合环上每个点进行连接，形成第一次插入后的三角网；

步骤4.2，以当前三角网为基础，判断剩下的点落入哪一个三角形，将点加入并与此三角形的三个顶点相连形成三个三角形；

步骤4.3，重复步骤4.2直到所有点都加入完毕，即可实现闭合环内构三角网。

5.如权利要求1所述的一种无序三维离散点云切片式构网方法，其特征在于：步骤5中包括以下几个子步骤：

步骤5.1，对于相邻两个凸包，左凸包的每个顶点，都在右凸包上寻找与之距离最近的顶点并进行连接，允许多个点对应一个点，也允许一个点对应多个点；

步骤5.2，对于右凸包中没有被连接的顶点，则在左凸包中搜索与之最近的顶点进行连接，确保相邻两个凸包的所有顶点都被连接；

步骤5.3，判断连接后的表面是否都构成三角网，若未全部构成三角网，则对剩余子块进行三角剖分，直至相邻两凸包之间构网形成三角网络；

步骤5.4，沿主方向顺序，对所有切片进行步骤5.3的构网操作，最终完成点云表面构网。

6.如权利要求1所述的一种无序三维离散点云切片式构网方法，其特征在于：步骤5.3中以两凸包间连接线为基本判断单元，沿左凸包逆时针方向遍历每一个顶点的连接线，其在左凸包上的端点为1号点，其在右凸包上的端点为2号点，若在左、右凸包当前顶点的逆时针方向存在一个点与连接线两端点1，2号点均相连，则此三个点已构成一个三角形，继续对下一条连接线进行判断；若左、右凸包当前顶点的逆时针方向不存在与该连接线两端点均相连的点，则以左凸包内当前连接线的端点为起始点，沿逆时针方向搜索下一个点作为3号点，同时以当前连接线在右凸包内的端点为起始点沿逆时针方向搜索下一个点作为4号点，此时1、2号点已相连，且1、3号点均位于左凸包，2，4号点均位于右凸包，选择3号和2号点，4号和1号点距离更短者进行连接，得到新的连接线；对新产生的连接线重复上述操作，直至不再有新的连接线产生，即完成相邻两凸包之间的三角网构网处理。