一种点云曲面的复合几何图像表示方法
【专利摘要】本发明提供了一种点云曲面的复合几何图像表示方法。通过球面极坐标将点云曲面的几何信息及表面属性信息映射到二维图像中。首先通过球面坐标系把笛卡儿坐标[x,y,z]转换为球面极坐标分别把坐标中的两个量转化为象素坐标，另外一个坐标转化为该象素的灰度值，这样就可得到三幅不同的几何图像由于用上述三幅中的任一幅来表示点云曲面，都会带来几何信息损失，本发明提出的点云曲面的复合几何图像表示方法，综合利用了以上三种图像转换方式，能达到对点云曲面高效而精确的表示。利用此方法易于实现对点云曲面的压缩、编辑、简化、模型检索、渐进传输等。
【专利说明】一种点云曲面的复合几何图像表示方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种点云曲面的复合几何图像表示方法。
【背景技术】
[0002] 首先，点云曲面是实物模型经由扫描设备数字化过程后的最初的表示形式，用点 作为一种基本的图元来构造曲面，在曲面显示方面易于通过硬件实现以提高显示速度。其 次，点云曲面能表示结构复杂的物体，而这正是解析自由曲面表示难以胜任的，这些原因促 使人们开始将更多的注意力转向点云表示的模型。
[0003] 点云曲面能够描述三维模型的表面细节，能够表示高复杂度和高度真实感的物体 和场景。现实世界中的许多模型如雕塑模型，机器部件，考古模型，地形特征可以用三维模 型来表不。从模型表不的角度看，点云曲面提供了一种几何体完全离散的表不方式，这一方 面降低了绘制过程对模型表示方式的依赖程度，丢掉了对绘制无用的连接关系，从而有利 于快速的绘制。
[0004] 几何图像的方法是三维模型转化成二维图像，用标准图像格式对这些二维图像进 行存贮。采用这种表示方式与直接采用三维位图方式存贮曲面数据相比，存贮量会大大减 少。Gu等提出的几何图像方法是一种针对网格的数据存储方法。任意网格首先被自动地切 割成单独的一片开网格，这个开网格被参数化到一个单位矩形内。所有的网格表面信号如 顶点位置、法向量和颜色都可以被均匀采样成图像，这种图像可以用传统图像压缩方法如 小波技术来压缩。
[0005] 基于完全离散几何数据空间处理方法和变换域内的信号处理技术，开辟了新的研 宄方向，提出了新的挑战。其中一个非常紧迫的问题是：点云曲面越密集越能精确的表示物 理模型，然而庞大的数据量，影响了模型的存储和网络传输，必须寻找更有效的表示方法。
【发明内容】
[0006] 为克服现有技术的不足，本发明提供了一种一种点云曲面的复合几何图像表示方 法。
[0007] 本发明的技术方案如下：
[0008] 点云曲面的复合几何图像表示方法包括如下步骤：
[0009] 1)将点云曲面中任意点的笛卡儿坐标[X，y,z]转换成球面坐标|τ,φ,θ];
[0010]2)分别将球面坐标r,φ,Θ转换为图像的灰度值g，并根据球面坐标相应的生成 Γ(φ,θ)，Θ(r,φ)和φ(Γ,Θ)的三种几何图像；
[0011] 3)保存点云曲面中每个点的法矢，生成一幅和几何图像大小相同的法矢图像；
[0012] 4)采用点云曲面的复合几何图像的生成方法，将步骤2)处理后的三种几何图像 和步骤3)处理后的法矢图像进行重建，可以得到和原模型高度逼真的复合几何图像。
[0013] 所述步骤1)具体为：首先确定球面坐标系的坐标原点，选取点云曲面的几何中心 作为坐标原点，表示为0,在[ΜΡ,Θ]中，r是空间中一点P到原点ο的距离，φ是在xy平面 上，从X轴正向旋转得到的角度，Φ又叫方位角，范围是[0, 2JT]，Θ是在Zy平面上，从Z轴 正向旋转得到的角度，Θ又叫极角，范围是[0, 31]，扫描点云曲面中所有的点，可以得到其 所对应的球面坐标，范围为re[rniin，rniax]，cpeI.cpmin,Cpmax],Θe [θ-，θ_]。
[0014] 所述的根据球面坐标相应的生成Κφ,θ),θ〇,φ)和φ〇',θ)的三种几何图像具体 为：
[0015] 对于几何图像11>，0)的生成，把角度[中"^,中_{]\[0"^,0 |_]对应到分辨率为 MXN的图像上，r对应到灰度g上，转换的计算公式为：
【权利要求】
1. 一种点云曲面的复合几何图像表示方法，其特征在于包括如下步骤： 1) 将点云曲面中任意点的笛卡儿坐标[X，y，Z]转换成球面坐标[r,q),Q]; 2) 分别将球面坐标r, 6转换为图像的灰度值g，并根据球面坐标相应的生成 r((p, 0)，0 (r, (p)和(p(r, 0)的三种几何图像； 3) 保存点云曲面中每个点的法矢，生成一幅和几何图像大小相同的法矢图像； 4) 采用点云曲面的复合几何图像的生成方法，将步骤2)处理后的三种几何图像和步 骤3)处理后的法矢图像进行重建，可以得到和原模型高度逼真的复合几何图像。
2. 如权利要求1所述的点云曲面的复合几何图像表示方法，其特征在于所述步骤1)具 体为：首先确定球面坐标系的坐标原点，选取点云曲面的几何中心作为坐标原点，表示为 〇,在6]中，r是空间中一点P到原点0的距离，cp:是在xy平面上，从x轴正向旋转得到 的角度，中又叫方位角，范围是[〇, 2JT]，0是在zy平面上，从z轴正向旋转得到的角度，0 又叫极角，范围是[0,Ji]，扫描点云曲面中所有的点，可以得到其所对应的球面坐标，范围
VA/x,/Vy,A/zeNx，NY，乂分别为法矢的横坐标，纵坐标和垂直坐标，NXmil^Pl N&ax分别为法矢的横坐标的最小值和最大值，NYmidPNYmax分别为法矢的纵坐标的最小值和 最大值，NZmijPNZmax分别为法矢的垂直坐标的最小值和最大值，NK为彩色图像[R，G，B]中 红色的编码，Ne为彩色图像[R，G，B]中绿色的编码，NB为彩色图像[R，G，B]中蓝色的编码。
5.如权利要求1所述的点云曲面的复合几何图像表示方法，其特征在于所述的复合几 何图像的生成方法的具体为：扫描点云曲面中的点，生成r〇,e)图像，保证每一个象素只对 应一个灰度值，如果有两个点投影到r((p,0)图像的同一个象素上，则把这样的点全部投影 到e(r,(p)图像中去，同样，保证每一个象素只对应一个灰度值，如果有两个点投影到e(r, 9) 图像中的同一个象素上，则把所有这样的点都投影到9 (r,e)图像中去，得到的三幅灰度图 像进一步合成，把r((p,e)，e(MP)，9(r,e)图像的灰度值分别对应到彩色图像的R，G，B分 量，就得到一幅同样大小的复合几何图像。
【文档编号】G06T3/00GK104484852SQ201410663404
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】陈宁华, 叶修梓, 洪振杰, 张三元 申请人:温州大学