三维模型的对称重建方法与流程

本发明涉及3d数据处理及建模技术领域，尤其涉及一种三维模型的对称重建方法。

背景技术：

通过相机对扫描物体进行3d数据建模，可以实现将物体的数据电子化，实现对物体各参数的数字化处理，比如计算物体的表面积、体积等参数。在建模过程中，由于相机一次只能扫描一部分数据，要想建立完整的数据模型，要对物体进行多次扫描后，再将数据进行拼合。

而对于对称物体，由于数据的对称性，有超过一半的数据时，理论上就可以通过镜像、翻转等操作补齐建模数据。但补齐操作能冠军人机操作时，操作误差大，操作步骤复杂，无法使多次操作产生的建模一致性。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种三维模型的对称重建方法，通过对建模数据的分析和操作，自动完成对称三维模型的自动重建。

本发明采取的技术方案是：

一种三维模型的对称重建方法，其特征是，包括如下步骤：

（1）找到三维模型的对称平面与对称中心轴线；

（2）对齐三维模型的对称平面与视图平面，并使得三维模型正面可见；

（3）判别三维模型为对称中心轴线对称模型还是平面对称模型，具体判别方法如下：

（3.1）在三维模型中随机选择若干局部区域；

（3.2）随机采样确定绕着中心轴线的旋转角度，角度范围为0°-180°，且保证旋转后位于模型的正面可见部分；

（3.3）将每一个局部区域绕着中心轴线转动所述旋转角度；

（3.4）选择匹配阈值匹配每一个旋转后的局部区域；

（3.5）如果所有局部区域转动后都能找到匹配区域，则所述三维模型为关于对称中心轴线旋转对称模型，否则，则为平面对称模型；

（4）对对称中心轴线旋转对称的三维模型进行对称重建，具体步骤如下：

（4.1）设定旋转角度为；

（4.2）计算旋转次数；

（4.3）每次旋转角度，连续旋转r次；

（4.4）将r次旋转得到的三维模型合并为一个没有重叠的完整三维模型，完成重建；

（5）对平面对称的三维模型进行对称重建，具体步骤如下：

（5.1）用对称平面剖分三维模型为两部分；

（5.2）去除多余的被对称平面遮挡的部分；

（5.3）记住模型剖分的边界线；

（5.4）对剖分后的二分之一的三维模型进行镜像变换；

（5.5）按照剖分边界线上的一一对应关系将原二分之一的三维模型与镜像变换后的二分之一的三维模型合并为一个完整的三维模型，完成重建。

进一步，所述步骤（3.1）中，局部区域在对称平面的遮挡部分或正面可见部分中选取。

进一步，所述步骤（3.3）中，局部区域的转动方向为逆时针方向。

进一步，所述步骤（3.4）中，匹配阈值为0.2mm-1.0mm。

进一步，所述三维模型的对称重建方法还包括步骤：

（6）对重建完成后的三维模型进行重建后处理，使其与三维模型的原始对称物件相匹配。

进一步，所述三维模型为点云模型，所述后处理过程包括步骤：

（a）将点云模型重建为三角网格曲面模型；

（b）将重建的三角网格曲面模型进行自适应孔洞填充。

进一步，所述三维模型为三角网格曲面模型，所述后处理过程包括将重建的三角网格曲面模型进行自适应孔洞填充的步骤。

本发明的有益效果是：

（1）自动完成三维模型的对称性判断，自动完成对称重建；

（2）流程操作合理，重建的模型与实际物件匹配度高。

附图说明

附图1是扫描生成的三维模型，缺失一部分数据；

附图2是摆至正视图的三维模型图；

附图3是确定对称中心轴线或对称平面，进行对称判别；

附图4是经重建后和三维模型。

具体实施方式

下面结合附图对本发明三维模型的对称重建方法的具体实施方式作详细说明。

参见附图1,通过三维扫描设备对对称物体进行扫描，得到三维模型，三维模型可以是点云模型，也可以是三角网格曲面模型。三维模型的数据量最好要超过整个物体的数据的一半，导入至电脑存储器，进行三维模型的重建过程。

参见附图2至4，下面结合尖嘴酒壶的三维模型重建过程，对本发明作详细阐述，具体步骤如下：

（1）找到三维模型的对称平面与对称中心轴线，可以通过中国专利“3d模型的对称拟合方法”（申请号：2021101308768）的方法得到三维模型的对称中心轴线和对称平面。

（2）对齐三维模型的对称平面与视图平面，并使得三维模型正面可见，图中的酒壶正面面向读者，图中的三维模型还有部分空洞缺陷。

（3）判别三维模型为对称中心轴线对称模型还是平面对称模型，具体判别方法如下：

（3.1）在三维模型中随机选择若干局部区域，可以是正面区域，也可以是反面部分区域，即局部区域在对称平面的遮挡部分或正面可见部分中选取，位置可处理三维模型的不同长度或宽度位置；

（3.2）随机采样确定绕着中心轴线的旋转角度，角度范围为0°-180°，且保证旋转后位于模型的正面可见部分，如选择的是正面部分区域，转动后仍位于正面区域，如选择的是反面部分区域，转动后则转至正面区域位置；

（3.3）将每一个局部区域绕着中心轴线逆时针转动所述旋转角度，顺时钟转动也能实现，只是计算时角度计算出现负值；

（3.4）选择匹配阈值匹配每一个旋转后的局部区域，根据三维模型的大小匹配阈值，根据三维模型精度，一般选为0.2mm-1.0mm合适；

（3.5）如果所有局部区域转动后都能找到匹配区域，则所述三维模型为关于对称中心轴线旋转对称模型，否则，则为平面对称模型。

（4）对对称中心轴线旋转对称的三维模型进行对称重建，具体步骤如下：

（4.1）设定旋转角度为；

（4.2）计算旋转次数；

（4.3）每次旋转角度，连续旋转r次；

（4.4）将r次旋转得到的三维模型合并为一个没有重叠的完整三维模型，完成重建。

（5）对平面对称的三维模型进行对称重建，具体步骤如下：

（5.1）用对称平面剖分三维模型为两部分；

（5.2）去除多余的被对称平面遮挡的部分；

（5.3）记住模型剖分的边界线；

（5.4）对剖分后的二分之一的三维模型进行镜像变换；

（5.5）按照剖分边界线上的一一对应关系将原二分之一的三维模型与镜像变换后的二分之一的三维模型合并为一个完整的三维模型，完成重建。

（6）对重建完成后的三维模型进行重建后处理，使其与三维模型的原始对称物件相匹配，对于点云模型，先将点云模型重建为三角网格曲面模型，再将三角网格曲面模型进行自适应孔洞填充；对于三角网格曲面模型，直接将重建的三角网格曲面模型进行自适应孔洞填充。

步骤（4）、（5）中的合并方法可借鉴geomagiccontrol的思想进行，可参阅文献《基于geomagicstudio的点云处理与三维建模研究》，作者：汤磊、钱建国、朱翊，中国测绘科学研究院、辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。