基于上溢结点中心漂移分裂的实物表面采样数据r树优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明提供基于上溢结点中心漂移分裂的实物表面采样数据R树优化方法，可用 于改善实物表面采样数据R树动态索引结构的性能，属于产品逆向工程领域。
【背景技术】
[0002] 在逆向工程中，高效稳定的空间索引结构可有效提高点云数据精简、三角剖分等 的运算效率，因此具有良好性能的空间索引对于处理实物表面采样数据的存取查询以及曲 面重建等具有重要意义。
[0003] 目前，空间索引主要分为静态索引和动态索引两种。主流的静态索引包括空间栅 格、八叉树等，其构建方法简单，存取方便，但构建静态索引时必须预知空间对象的分布范 围，因此树的结构不能根据实际数据的分布情况进行动态调整，在空间数据分布比较密集 的区域，八叉树的高度过大，导致性能不稳定。动态索引在插入或者删除时能够自动调整索 引树结构，以保持最佳的检索效率。因此，为了能够有效检索实物表面采样数据且能够有效 管理超出主存容限的实物表面采样数据，应选用动态索引结构。
[0004] R树是目前最流行的动态索引结构之一，其是一种具有优良空间数据动态索引 性能的高度平衡树，允许结点相互重叠。目前应用较为广泛的R树有BECKMAN等在《The r*-tree:anefficientandrobustaccessmethodforpointsandrectangles)) (InternationalConferenceonManagementofdata, 1990.)中所述的R* 树基于MBR (最小包围矩形）增量、重叠区域增量等优化准则实现选轴分裂，实现了数据的动态插入，但 其需要计算大量重叠度，导致运算量过大，影响了构建效率，以及在《Arevisedr*-treein comparisonwithrelatedindexstructures》（Proceedingsofthe2009ACMSIGMOD InternationalConferenceonManagementofdata, 2009)中所述的将R*树改进优化的 RR*树，其可根据数据插入过程中结点包围盒中心的偏移方向进行结点分裂优化，使得数据 插入与空间查询效率优于R*树与Hilbert树，但其数据结构与R树不相容，导致R树的子 树选择、结点删除以及索引合并等算法均需进行相应调整；THE0D0RIDIS等在《Revisiting r-treeconstructionprinciples))(AdvancesinDatabasesandInformationSystems, 2002)中所述的CR树，其将R树上溢结点分裂问题视为典型的聚类问题，其分裂过程中的 计算代价明显低于R*树，数据插入代价与R树相仿，查询性能与R*树相近，不需要强制 重插等复杂技术，易于维护，但其结点簇数的确定问题一直缺乏较好的解决方法；孙殿柱 等在《R*-树结点多目标遗传分裂算法》（计算机辅助设计与图形学学报，2013,25(10): 1454-1459)中所述的采用遗传多目标优化求解结点分裂的近似全局最优解集并以结点最 小包围盒的重叠度和体积作为评价标准选取最佳分裂解，但其在构建过车中，计算量过大， 时间复杂度过高，影响了构建效率。
[0005] 综上所述，目前的实物表面采样数据的动态空间索引结构存在构建效率低下、计 算机运行内存消耗高等缺点，因此，为实物表面采样数据进一步优化并构建高效稳定的动 态索引结构已成为本领域技术人员有待解决的技术问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是针对目前R树结点分裂方法存在的主要问题，提出一种基于上溢 结点中心漂移分裂的实物表面采样数据R树优化方法，不仅能够提高R树结点的分裂效率 与构建效率，而且能够有效提高R树的k近邻查询效率。
[0007] 本发明的目的是通过如下技术方案实现的： 一种基于上溢结点中心漂移分裂的实物表面采样数据R树优化方法，其特征在于步骤 依次为：（1)将三维点云数据文件中所有点云数据添加到线性表存储结构中；（2)将线性 表中的点数据采用R树结点插入方法依次插入到R树中，在插入过程中，若结点发生溢出， 则根据上溢结点的加权均值点选取分裂轴，获取加权均值点与中心点范围内的候选分裂 解，利用R*树的过滤原则对候选解进行过滤，从而实现上溢结点的分裂处理；（3)若线性 表中所有点数据都已插入R树中，则实物表面采样数据R树构建完成。
[0008] 本发明与现有技术相比，具有以下优点： (1) 基于上溢结点中心漂移分裂的实物表面采样数据R树优化方法能有效降低分裂 过程的计算代价、减少建树时间，并且能够有效降低结点包围盒的重叠度； (2) 基于上溢结点中心漂移分裂的实物表面采样数据R树优化方法能够有效地使得R 树一组结点包围盒的形状和位置分布与数据分布更具一致性，因而R树存储利用率及空间 查询性能优于CR树； (3) 基于上溢结点中心漂移分裂的实物表面采样数据R树优化方法在建树时间、结点 利用率、k近邻查询都优于RR*树，而且后者除上溢参数、下溢参数外还依赖优化因子并改 变了R树结构，与之相比，本文方法更为稳健； (4) 基于上溢结点中心漂移分裂的实物表面采样数据R树优化方法能够有效提高k近 邻查询效率，从而提高了三角剖分、实物表面采样数据曲面重建等的效率。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明基于上溢结点中心漂移分裂的实物表面采样数据R树优化方法的程 序实现流程图； 图2是目标上溢结点的中心与加权均值点效果图； 图3是实施结点分裂试验所采用的一种实物表面样点一一佛像点云模型； 图4-图8是对佛像点云模型进行不同程度的精简的点云效果图； 图9是采用基于上溢结点中心漂移分裂的实物表面采样数据R树优化方法为原始佛像 点云模型构建的R树的根索引结点及其点云图； 图10是采用基于上溢结点中心漂移分裂的实物表面采样数据R树优化方法为原始佛 像点云模型构建的R树的叶索引结点； 图11是采用CR树为所有佛像点云模型构建的R树的各索引结点层的重叠度图； 图12是采用RR*树为所有佛像点云模型构建的R树的各索引结点层的重叠度图； 图13是采用基于上溢结点中心漂移分裂的实物表面采样数据R树优化方法为所有佛 像点云模型构建的R树的各索引结点层的重叠度图； 图14是分别采用CR树、RR*树、基于上溢结点中心漂移分裂的实物表面采样数据R树 优化方法为所有佛像点云模型构建R树所需时间的对比图； 图15是分别采用CR树、RR*树、基于上溢结点中心漂移分裂的实物表面采样数据R树 优化方法为所有佛像点云模型构建R树其存储利用率的对比图； 图16是分别采用CR树、RR*树、基于上溢结点中心漂移分裂的实物表面采样数据R树 优化方法为所有佛像点云模型构建R树其k近邻查询时间的对比图。
【具体实施方式】
[0010] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0011] 图1是本发明基于上溢结点中心漂移分裂的实物表面