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提出了一种基于透视约束利用离散三维空间点重建三维表面模型的方法,该方法充分利用摄影测量以及激光扫描等三维测量技术中隐含的透视关系,将离散点划分到不同的投影面,在局部利用二维三角网构网技术构建三角网,然后在考虑局部三角网边缘一致性的基础上组合成整体三维表面模型。该方法可以利用近景摄影测量处理产生的三维景物点或激光扫描仪采集的三维空间点自动构造三维表面模型,重建物体三维表面。实验结果表明,该算法是有效的。
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收稿日期:2004-12-10 。
项目来源:辽宁工程技术大学地理空间信息技术与应用实验室基金资助项目(2004010)。
文章编号:1671-8860(2005)02-0154-04 文献标志码:A
三维点集的自动表面重构算法
郑顺义
1 ,2
苏国中
1
张祖勋
1
(1 武汉大学遥 感信息工程学院,武汉市珞喻路 129 号 ,430079)
(2 辽宁工程技术大学地理空间信息技术与应用实验室,阜新市中华路 47 号 ,123000)
摘 要:提出了一种基于透视约束利用离散三维空间点重建三维表面模型的方法,该方法充分利用摄影测量
以及激光扫描等三维测量技术中隐含的透视关系,将离散点划分到不同的投影面,在局部利用二维三角网构
网技术构建三角网,然后在考虑局部三角网边缘一致性的基础上组合成整体三维表面模型。该方法可以利用
近景摄影测量处理产生的三维景物点或激光扫描仪采集的三维空间点自动构造三维表面模型,重建物体三
维表面。实验结果表明,该算法是有效的。
关键词:三维 TIN;不规则三维离散点;透视约束;三维表面重建
中图法分类号:TP751;P231 .5
快速、准确地获取物体的三维几何模型,在文
物保护、工业零件检测、医学等诸多领域具有重要
的意义。目前,获取物体表面的三维点坐标数据
有多种成熟的方法和手段,如摄影测量方法、工程
测量方法和计算机视觉方法等。但基于无组织三
维点数据快速、准确地获取物体的三维几何表面
模型,许多学者提出了很多理论和算法,但仍有诸
多问题亟待解决。
最典型的三维表面重构方法是 Delaunay 空间
三角化方法,虽然 Delaunay 三角化方法已经作为
一种成熟方法在二维平面区域三角化中被广泛采
用,但在三维不规则三角网(3D-TIN)自动生成中
却遇到了巨大困难,因为在 3D-TIN 生成中,不仅
最大-最小角判据的对角线交换规则不再成立,而
且基于外接圆判据的 Delaunay 三角化一般也不能
保证生成的网格质量
[1 ,2]
。因此,有很多人探讨了
对 Delaunay 进行改进使其用于生成三维表面模
型,但改进后的算法只能满足一定的情况,而不能
作为一种通用的算法
[3 ,4]
。 Hugues Hoppe 对三维
重构算法作了详细的描述
[5]
,其算法能够从表面
数据及体数据来恢复表面,但对不规则三维离散
点集的边界及尖锐的特征区域不能自动处理。
综上所述,虽然出现了多种基于无组织空间
点的表面重建算法,由于其舍弃了许多有用的信
息,如表面法向、数据点的采集方式、隐含的数据
点连接关系等,尽管在表面的光滑区效果比较好,
但在曲率比较大、变化比较剧烈的区域,其可靠性
还是比较差。目前还没有一种完全基于无组织三
维点的三维表面重建方法能够在任何情况下都产
生正确的结果。
1 算法描述
1 . 1 三维点数据获取
摄影测量方法和激光扫描数据处理方法是空
间点三维坐标获取最常用的两种方法。摄影测量
方法往往首先拍摄物体表面,然后对这些照片进
行摄影测量解析处理,从而得到三维空间点,如图
1 所示。利用近景摄影测量方法处理序列影像产
生三维空间点的详细过程可参阅文献[5]。
近年来,随着激光扫描技术的快速发展,激光
扫描逐渐发展成为获取空间点的三维坐标的重要
手段之一。与摄影测量方法相比,该方法可以直
接得到空间点三维坐标数据。有些激光扫描仪在
获取空间点三维坐标的同时,还可以得到影像数
据。激光扫描获取的主要是密集的点云数据,如
建立一个物体的三维立体模型,由于自遮挡,一幅
扫描点云图无法建立整个模型,因此,需要进行多
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