点云网格简化系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种点云网格处理系统及方法，特别是关于一种点云网格简化系统及 方法。
【背景技术】
[0002] 在点云网格处理中，网格处理的速度是和网格数量成正比的。为了提高运算的速 度，在保证证精度的前提下应该尽量降低网格的数量，因此网格简化是网格处理中的重要 步骤。在网格的实际应用中，用户可能只对网格的部分区域感兴趣，并希望该区域有较高的 精度，而其它区域只要达到基本要求即可。网格简化既要减少网格数量，又要保证模型形状 特征。网格简化的方法有很多种，但对于网格数目大，物体形状复杂等情况，没有很好的解 决方法。然而，现有的网格简化算法大多只考虑了模型的几何、拓扑信息，而没有考虑模型 的封闭性问题。因此，网格简化效果不佳，简化不能很好的逼近原始网格。
【发明内容】
[0003] 鉴于以上内容，有必要提供一种点云网格简化系统及方法，能够利根据顶点法向 约束原则删除不满足约束的网格顶点，并采用局部重新三角网格化来达到网格简化的效 果。
[0004] 所述法人点云网格简化系统运行于计算机装置中，该系统包括：网格输入模块，用 于接收点云三角网格化后的原始网格模型，以及接收根据网格简化精度要求输入的网格简 化比例；法向面计算模块，用于计算原始网格模型中每一个网格顶点的法向面，以及计算每 一个网格顶点到其法向面的距离；删除点判定模块，用于根据输入的简化比例和每一个网 格顶点到法向面的距离判定出对原始网格模型影响较小的点，以及从原始网格模型中将对 原始网格模型影响较小的点和包含该点的网格删除；局部网格化模块，用于当从原始网格 模型中删除部份点之后，将原始网格模型中局部没有网格的点重新进行局部三角网格化； 网格处理模块，用于将局部网格化的网格与原来没有删除的网格和点结合组成一个新网格 模型，以及将该新网格模型进行平滑处理得到与原始网格具有几何特征相似的简化网格模 型。
[0005] 所述的点云网格简化方法应用于计算机装置中，该方法包括步骤：接收点云三角 网格化后的原始网格模型，并接收根据网格简化精度要求输入的网格简化比例；计算原始 网格模型中每一个网格顶点的法向面，并计算每一个网格顶点到其法向面的距离；根据输 入的简化比例和每一个网格顶点到法向面的距离判定出对原始网格模型影响较小的点；从 原始网格模型中将对原始网格模型影响较小的点和包含该点的网格删除；当从原始网格模 型中删除部份点之后，将原始网格模型中局部没有网格的点重新进行局部三角网格化；将 局部网格化的网格与原来没有删除的网格和点结合组成一个新网格模型，并将新网格模型 进行平滑处理得到与原始网格具有几何特征相似的简化网格模型。
[0006] 相较于现有技术，本发明所述的点云网格简化系统及方法，能够利用网格顶点法 向面的距离约束来删除对点云网格影响比较小的点和网格，并采用局部重新三角网格化来 达到网格简化的效果。具有点云计算速度快且占用内存少的优点，可对任何形状、任何类型 的点云网格进行补孔以及对复杂物件的点云进行不失真简化处理。
【附图说明】
[0007] 图1是本发明点云网格简化系统较佳实施例的运行环境示意图。
[0008] 图2是本发明点云网格简化方法较佳实施例的流程图。
[0009] 图3采是用顶点删除法来简化点云网格模型的示意图。
[0010] 图4采用Delaunay网格化法进行局部网格化的示意图。
[0011] 图5是针对原始网格模型进行网格简化处理的示意图。
[0012] 主要元件符号说明
[0013] 计算机装置 1
[0014] 点云网格简化系统 10
[0015] 点云网格输入模块 101
[0016] 法向面计算模块 102
[0017] 删除点判定模块 103
[0018] 局部网格化模块 104
[0019] 网格处理模块 105
[0020] 输入设备 11
[0021] 存储设备 12
[0022] 处理器 13
[0023] 扫描设备 2
[0024] 目标物件 3
【具体实施方式】
[0025] 参阅图1所示，是本发明点云网格简化系统佳实施例的运行环境示意图。在本实 施例中，所述的点云网格简化系统10安装并运行于计算机装置1中，该计算机装置1还包 括，但不仅限于，输入设备11、存储设备12及处理器13。该计算装置1安装有操作系统 (例如Windows操作系统或Linux操作系统）以及各种应用系统（例如软件程序及应用程 序等）。所述的计算机装置1可以为一种个人计算机（PC)、工作站计算机（Workstation computer)、笔记本计算机（Notebook)、服务器（Server)或者其他电子计算装置。
[0026] 所述的计算机装置1连接有一种扫描设备2,该扫描设备2用于对目标物件3 (例 如电子元器件）进行扫描（例如激光扫描）来获取该目标物件3的点云。所述的扫描设备 2可以为一种激光扫描仪、3D光学扫描仪或其它合适的电子扫描设备。
[0027] 所述的输入设备11用于输入需要简化点云网格数量的简化比例，例如按照0%至 100%之间的任何一比例来简化点云的数量。所述的存储设备12包括，但不仅限于，内存、 硬盘以及外部存储设备等。所述的处理器13包括，但不仅限于，中央处理器（CPU)、微处理 器或其它数据处理机等。
[0028] 在本实施例中，所述的点云网格简化系统10包括，但不仅限于，点云网格输入模 块101、法向面计算模块102、删除点判定模块103、局部网格化模块104及网格处理模块 105。本发明所称的功能模块是指一种能够被计算机装置1的处理器13所执行并且能够完 成固定功能的一系列程序指令段，其存储于计算机装置1的存储设备12中。关于各功能模 块101-105将在图2的流程图中作详细描述。
[0029] 参阅图2所示，是本发明点云网格简化方法较佳实施例的流程图。在本实施例中， 该方法应用于计算机装置1中，能够利用网格顶点法向面的距离约束来删除对点云网格影 响比较小的点和网格，并采用局部重新三角网格化来达到网格简化的效果。具有点云计算 速度快且占用内存少的优点，可对任何形状、任何类型的点云网格进行补孔以及对复杂物 件的点云进行不失真简化处理。
[0030] 步骤S21，网格输入模块101利用扫描设备2扫描目标物件3得到点云，并将所述 点云进行三角网格化得到原始网格模型。在本实施例中，网格输入模块101可以接收从输 入设备11直接输入的进行点云三角网格化后的网格模型。所述扫描设备2能够对目标物 件3 (例如电子元器件）进行扫描来获取该目标物件3的点云。所述的点云三角网格化就是 将点云数据进行三角形网格化得到三角网格化模型，如图5A所示的原始网格模型包含许 多三角化的点云网格。现有技术存在的许多点云三角网格化的方法来得到原始网格模型， 在此不作具体描述。
[0031] 步骤S22,云网格输入模块101接收使用者根据网格简化的精度要求从输入设备 11输入的需要简化点云网格数量的简化比例。在本实施例中，使用者根据需要可以按照 0%至100%之间的任何一比例来简化点云网格的数量，例如10%或50%等。如图5B所示 的简化网格模型的简化比例为50%，而图5C所示的简化网格模型的简化比例为10%。
[0032] 步骤S23,法向面计算模块102计算原始网格模型中每一个网格顶点的法向面，并 计算每一个网格顶点到其法向面的距离。在本实例中，计算网格顶点的法向面按照如下算 法：假设原始网格模型中共享顶点v〇的三角形有k个，例如，分别为□ v0vlv2, □ v0v2v3… □ vOvk-lvk, □ vOvkvl，这些k个三角形的面积分别为Sl，S2,…，Sk，其法向量分别为nl, n2，···，'那么定义每一个网格顶点的法向面的法向量如下：
[0033]
搭每一个网格顶点的法向量单位化：
，定义每一个三角形
的中心点为__即 v0，
[0034] 其中，顶总vU的汰|n」囬m是经过中心点?)法向为η的平面，当法向面计 算模块102计算出顶点νΟ的法向面之后，就可以计算出顶点νΟ到法向面的距离 iftytance=〇〇-v〇r"。当所有网格顶点到其法向面的距离被计算出来后，其中，网格顶点 到其法向面的距离越大，说明这个网格顶点对整个网格模型的几何特征影响越大。
[0035] 步骤S24,删除点判定模块103根据输入的简化比例和每一个网格顶点到法向面 的距离判定出对原始网格模型影响较小的点，并从原始网格模型中将该点和包含该点的网 格删除。一般地，点云网格简化实质就是减少网格模型的点和面