[发明专利]基于结构的室内场景三维建模方法

权利要求书

1.一种基于结构的室内场景三维建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过平面分割，对室内场景点云数据中的异常点和小物体进行移除；

S2：对平面进行多边形拟合，包括提取平面边界，对每个边界点进行邻域估计，计算每个边界点的法线方向，通过在法线方向移动边界点位置来平滑边界，使用角点检测算法提取多边形；计算每个边界点的法线方向具体为：通过在邻域内使用PCA算法初始化法线方向，使用最小二乘法对边界点的法向进行优化，优化方程如下：

第一项为能量项，用于最小化邻域内的法向差异，并传递到所有相邻边界点的集合N上；第二项为约束项，用于防止边界点法线偏离其初始值过大；加权系数w_p,q惩罚了法线方向上的差异，由高斯滤波器给出，其中θ_p,q表示法线向量n_p和n_q的夹角，σ表示方差；表示法线向量n_p的初始值；λ表示约束项系数；

S3：根据自适应搜索半径，搜索多边形集合的点、线、面之间的邻接关系；根据邻接关系建立图结构，进行局部剪枝和全局剪枝；

S4：根据多边形集合的邻接关系、平面性、正交性以及对输入点云的拟合，构建目标函数，求解目标函数以对多边形进行坐标变换，自动地粘合多边形集合；

S5：基于多边形生成室内场景模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于结构的室内场景三维建模方法，其特征在于，所述S1包括以下子步骤：

S11：构建KDTree，使用最近邻算法对点云数据中的每个点进行邻域搜索，使用PCA算法计算每个点的法向和曲率；

S12：采用基于距离和法向量判断的区域生长进行平面分割；

S13：使用PCA算法对每个平面拟合平面方程，根据平面信息移除异常点和小物体。

3.根据权利要求1所述的一种基于结构的室内场景三维建模方法，其特征在于，所述S2中，将平面点集中的所有点根据平面方程投影到平面上，将三维坐标转化为二维坐标，使用α-shape算法提取二维点云边界；应用前向搜索方法对每个边界点周围的局部平滑区域进行分类。

4.根据权利要求1所述的一种基于结构的室内场景三维建模方法，其特征在于，所述S2中，通过在法线方向移动边界点位置来平滑边界，可以用下式表示：

p′＝p+t_pn_p

其中t_p为边界点在法线方向上移动的距离，p′为移动后的边界点坐标；

新的边界点位置通过最小化能量函数得到：

第一项通过最小化q、p的连线与q、p的法向的点积来平滑点云边界；第二项用于防止点云边界点偏离其初始位置过大，μ为约束项系数。