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三维点云多尺度等值线模型Morphing变换方法研究

肖巍峰,  邓敏,  李朝奎

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肖巍峰, 邓敏, 李朝奎. 三维点云多尺度等值线模型Morphing变换方法研究[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(7): 957-963. doi: 10.13203/j.whugis20140107
引用本文: 肖巍峰, 邓敏, 李朝奎. 三维点云多尺度等值线模型Morphing变换方法研究[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(7): 957-963. doi: 10.13203/j.whugis20140107
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XIAO Weifeng, DENG Min, LI Chaokui. Multi-scale Contour Model Transformation of 3D Point Cloud Based on Morphing Technology[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2015, 40(7): 957-963. doi: 10.13203/j.whugis20140107
Citation: XIAO Weifeng, DENG Min, LI Chaokui. Multi-scale Contour Model Transformation of 3D Point Cloud Based on Morphing Technology[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2015, 40(7): 957-963. doi: 10.13203/j.whugis20140107
shu

三维点云多尺度等值线模型Morphing变换方法研究

doi: 10.13203/j.whugis20140107

  • 1中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙,4100832湖南科技大学测绘工程系,湖南湘潭,411201

基金项目: 国家863计划资助项目(2011AA060407)点[8 9]诸多方法中比较有代表性的是利用地性线及拓扑关系直接求取等值线法[10]和利用已有的等值线内插新的等值线法[11],这两种方法都能满足一定条件下等值线的生成然而,对于点云,并不能直接采用这类方法因为这类方法首先需生成三维点云的表面模型,构建三维Delaunay三角网格,但该技术至今还有很多难点没有解决,基于最大 最小角判断的对角线交换规则不成立,基于外接圆规则判断Delaunay三角化也难以获得高质量网格；其次,利用这类方法生成的等值线,矢量数据集必须满足一定的条件才能实现,而点云数据并不满足吴杭彬[12]等采用迭代凸包的方法来提取激光扫描数据的分层多细节等值线,但从简单细节到复杂细节的等值线提取,要经过多次迭代凸包,算法效率低,而且针对某一细节等值线,没有一个量化指标来衡量其细节表达程度
详细信息
    作者简介:

    肖巍峰,博士生,主要从事3D GIS和3D点云数据表面重构的理论与方法研究?

  • 中图分类号: TP751;P231.5

Multi-scale Contour Model Transformation of 3D Point Cloud Based on Morphing Technology

  • 1SchoolofGeosciencesandInfo Physics,CentralSouthUniversity,Changsha410083,China;2DepartmentofSurveying Engineering,HunanUniversityofScienceandTechnology,Xiangtan411201,China

Funds: TheNationalHighTechnologyResearchandDevelopmentProgram(863Program)ofChina,No.2011AA060407.
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    Author Bio:

    XIAO Weifeng,PhDcandidate,specializesin3D GISandsurfacereconstructionbasedon3Dpointcloud.

  • 摘要: 借鉴Morphing技术思想,提出了一种三维点云多尺度等值线模型Morphing变换方法。首先,分析了三维点云的空间分布情况,并按一定间隔在某一坐标轴方向(如犣轴）将其分层，建立点云的分层模型,以分层点云为单元生成等值线。其次,以分层数据生成的凸包多边形作为最小尺度等值线折线,按一定准则将剩余的离散点集归类到对应的凸包边,引入尺度参数狋，通过计算离散点的选取时机参数对其进行选取,生成连续变化的中间尺度等值线折线。最后,将等值线折线拟合成平滑曲线,构成三维点云的多尺度等值线模型。结果表明,本文方法能够处理规则点云数据和散乱点云数据,生成的等值线符合一般等值线的特性,不会产生边缘交叉等问题,而且运算效率高。
    Abstract: Anewmulti scalecontourmodelmorphingtransformationmethodof3Dpointcloudispro posedbydrawingonmorphingtechnology.First,thespatialdistributionof3Dpointcloudisanalyzedandslicedwitharegularintervalinsomeanaxisdirection(likeaxis犣）．Ａｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄｓｔｒａｔｉｆｉｅｄｍｏｄｅｌｉｓｃｒｅａｔｅｄａｎｄｓｔｒａｔｉｆｉｅｄｃｏｎｔｏｕｒｓａｒｅｅｘｔｒａｃｔｅｄｂｙｔａｋｉｎｇｓｔｒａｔｉｆｉｅｄｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄａｓｔｈｅｕｎｉｔｓ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｓｔｒａｔｉｆｉｅｄｃｏｎｖｅｘｐｏｌｙｇｏｎｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｉｔｈｓｔｒａｔｉｆｉｅｄｄａｔａｓｅｔｓａｒｅａｃｔｅｄａｓｔｈｅｍｉｎｉｍａｌｓｃａｌｅｃｏｎｔｏｕｒｂｒｏｋｅｎｌｉｎｅｓ，ａｎｄｔｈｅｒｅｍａｉｎｉｎｇｕｎｏｒｇａｎｉｚｅｄｐｏｉｎｔｓａｒｅｃｌａｓｓｉｆｉｅｄｔｏｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｇｄｉｎｇｃｏｎｖｅｘｅｄｇｅｓｂｙａｃｅｒｔａｉｎｌａｗ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｔｈｅｓｃａｌｅｐａｒａｍｅｔｅｒｔａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｔｉｍｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｐｏｉｎｔｓ，ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇｍｅｄｉｕｍｓｃａｌｅｃｏｎｔｏｕｒｂｒｏｋｅｎｌｉｎｅｓａｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｓｍｏｏｔｈｓｔｒａｔｉｆｉｅｄｃｏｎｔｏｕｒｓａｒｅｇａｉｎｅｄｂｙｆｉｔｔｉｎｇｓｔｒａｔｉｆｉｅｄｃｏｎｔｏｕｒｂｒｏｋｅｎｌｉｎｅｓ，ａｎｄｔｈｅｍｕｌｔｉｓｃａｌｅｃｏｎｔｏｕｒｍｏｄｅｌｓｏｆ３Ｄｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｗｏｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｃａｎｄｅａｌｗｉｔｈｔｈｅｏｒｇａｎｉｚｅｄｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄａｎｄｔｈｅｕｎｏｒｇａｎｉｚｅｄｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄ．Ｔｈｅｇａｉｎｅｄｃｏｎ toursconformwiththenaturesofcommoncontourandwillnotresultintheproblemofintercrossontheedge.Meanwhile,themethodrunsquickly.
  • [1] LiZL,WongM.AnimatingBasicOperationsforDigitalMapGeneralizationwithMorphingTech niques[J].犜犺犲犐狀狋犲狉狀犪狋犻狅狀犪犾犃狉犮犺犻狏犲狊狅犳狋犺犲犘犺狅 狋狅犵狉犪犿犿犲狋狉狔，犚犲犿狅狋犲犛犲狀狊犻狀犵犪狀犱犛狆犪狋犻犪犾犐狀犳狅狉 犿犪狋犻狅狀犛犮犻犲狀犮犲，２００８，３５（Ｂ２）：６３７６４２[2] LiJingzhong.AnObject OrientedModelforMapDataMultipleRepresentationoverScaleSpace[D].Wuhan:WuhanUniversity,2009(李精忠.尺度空间地图多重表达的面向对象数据模型研究[D].武汉:武汉大学,2009)[3] AiTinghua,LiJingzhong.TheLifespanModelofGISDataRepresentationoverScaleSpace[J].犌犲狅 犿犪狋犻犮狊犪狀犱犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犛犮犻犲狀犮犲狅犳犠狌犺犪狀犝狀犻狏犲狉 狊犻狋狔，２０１０，３５（７）：７５７７６２（艾廷华,李精忠.尺度空间中GIS数据表达的生命期模型[J].武汉大学学报·信息科学版,2010,35(7):757 762)[4] LiXudong.ImageMorphingMethodforFacialEx pressionImageandAnimationSynthesis[J].犌犲狅 犿犪狋犻犮狊犪狀犱犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犛犮犻犲狀犮犲狅犳犠狌犺犪狀犝狀犻狏犲狉 狊犻狋狔，２００７，３２（９）：７９６７９９（李旭东．用于人脸表情图像与动画合成的图像变形方法．［Ｊ］．武汉大学学报·信息科学版,2007,32(9):796 799)[5] LorensenWE,ClineHE.MarchingCubes:AHigh Resolution3DSurfaceConstructionAlgorithm[J].犆狅犿狆狌狋犲狉犌狉犪狆犺犻犮狊，１９８７，２１（４）：１６３１８０[6] GiertsenC.VolumeVisualizationofSparseIrregu larMeshes[J].犐犈犈犈犆狅犿狆狌狋犲狉犌狉犪狆犺犻犮狊牔犃狆 狆犾犻犮犪狋犻狅狀，１９９２，１２（２）：４０５０[7] ClineHE,LorensenWE.TwoAlgorithmsforThreeDimensionalReconstructionofTomograms[J].犕犲犱犻犮犪犾犘犺狔狊犻犮狊，１９８８，１５（３）：３２０３３６[8] LiShanshan,WuXiaoping,TianYanfeng.Im provementontheIteratedClosestContourPointMatchingAlgorithmUsingUnderwaterGravityA nomalies[J].犌犲狅犿犪狋犻犮狊犪狀犱犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犛犮犻犲狀犮犲狅犳犠狌犺犪狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，２０１１，３６（２）：２２６２３０（李珊珊，吴晓平，田颜锋．水下重力异砏罱戎迪叩ヅ渌惴ǖ母慕郏剩荩浜捍笱аПāば畔⒖蒲О?2011,36(2):226 230)[9] QiShuhua,GuZhongyu,BrownD,etal.Inunda tionExtentMappingforPoyangLakewithDigitalElevationModels[J].犌犲狅犿犪狋犻犮狊犪狀犱犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犛犮犻犲狀犮犲狅犳犠狌犺犪狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，２０１０，３５（７）：８５７ 862(齐述华,顾中宇,BrownD,等.基于数字高程模型的鄱阳湖淹水范围制图研究[J].武汉大学学报·信息科学版,2010,35(7):857 862)[10] ZhaoFulai,HaoXiangyang.AResearchonCon tourPlottingBasedonBoneLines[J].犃犮狋犪犌犲狅 犱犪犲狋犻犮犪犲狋犆犪狉狋狅犵狉犪狆犺犻犮犪犛犻狀犻犮犪，１９９９（４）：３４５３５１(赵夫来,郝向阳.根据地性线绘制等高线的研究[J].测绘学报,1999(4):345 351)[11] GongYouliang,HeYuhua.APracticalContourIn terpolationAlgorithm[J].犑狅狌狉狀犪犾狅犳犐狀狊狋犻狌狋犲狅犳犛狌狉狏犲狔犻狀犵犪狀犱犕犪狆狆犻狀犵，２００２，１９（１）：３６４０（龚有亮，何玉华．一种实用的等高线内插算法［Ｊ］．测绘学院学报，２００２，１９（１）：３６４０）[12] WuHangbin,LiuChun.PointCloud BasedStrati fiedContourExtractionanditsMulti LoDExpres sionwithGroundLaserRangeScanning[J].犑狅狌狉 狀犪犾狅犳犜狅狀犵犑犻犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔（犖犪狋狌狉犪犾犛犮犻犲狀犮犲），２００９，３７（２）：２６７２７１（吴杭彬，刘春．激光扫描数据的等值线分层提取和多细节表达［Ｊ］．同济大学学报（自然科学版），２００９，３７（２）：２６７２７１）[13] PengDongliang,DengMin,ZhaoBinbin,etal.Multi scaleTransformationofRiverNetworksBasedonMorphingTechnology[J].犑狅狌狉狀犪犾狅犳犚犲 犿狅狋犲犛犲狀狊犻狀犵，２０１２，１６（５）：９６１９６８（彭东亮，邓敏，赵彬彬，等．河网多尺度Ｍｏｒｐｈｉｎｇ的变换方法研究［Ｊ］．?醒Пǎ玻埃保玻保叮ǎ担海梗叮豹玻梗叮福14] NllenburgM,MerrickD,WolffA,etal.Mor phingPolylines:AStepTowardsContinuousGen eralization[J].犆狅犿狆狌狋犲狉狊，犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪狀犱犝狉犫犪狀犛狔狊狋犲犿狊，２００８，３２：２４８２６０
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-02-16
  • 修回日期:  2015-07-05
  • 刊出日期:  2015-07-05

三维点云多尺度等值线模型Morphing变换方法研究

doi: 10.13203/j.whugis20140107
  • 1中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙,4100832湖南科技大学测绘工程系,湖南湘潭,411201
    • 基金项目:  国家863计划资助项目(2011AA060407)点[8 9]诸多方法中比较有代表性的是利用地性线及拓扑关系直接求取等值线法[10]和利用已有的等值线内插新的等值线法[11],这两种方法都能满足一定条件下等值线的生成然而,对于点云,并不能直接采用这类方法因为这类方法首先需生成三维点云的表面模型,构建三维Delaunay三角网格,但该技术至今还有很多难点没有解决,基于最大 最小角判断的对角线交换规则不成立,基于外接圆规则判断Delaunay三角化也难以获得高质量网格；其次,利用这类方法生成的等值线,矢量数据集必须满足一定的条件才能实现,而点云数据并不满足吴杭彬[12]等采用迭代凸包的方法来提取激光扫描数据的分层多细节等值线,但从简单细节到复杂细节的等值线提取,要经过多次迭代凸包,算法效率低,而且针对某一细节等值线,没有一个量化指标来衡量其细节表达程度
    作者简介:

    肖巍峰,博士生,主要从事3D GIS和3D点云数据表面重构的理论与方法研究?

  • 收稿日期: 2014-02-16
  • 修回日期: 2015-07-05
  • 刊出日期: 2015-07-05

  • 中图分类号: TP751;P231.5

摘要: 借鉴Morphing技术思想,提出了一种三维点云多尺度等值线模型Morphing变换方法。首先,分析了三维点云的空间分布情况,并按一定间隔在某一坐标轴方向(如犣轴）将其分层，建立点云的分层模型,以分层点云为单元生成等值线。其次,以分层数据生成的凸包多边形作为最小尺度等值线折线,按一定准则将剩余的离散点集归类到对应的凸包边,引入尺度参数狋，通过计算离散点的选取时机参数对其进行选取,生成连续变化的中间尺度等值线折线。最后,将等值线折线拟合成平滑曲线,构成三维点云的多尺度等值线模型。结果表明,本文方法能够处理规则点云数据和散乱点云数据,生成的等值线符合一般等值线的特性,不会产生边缘交叉等问题,而且运算效率高。

English Abstract

肖巍峰, 邓敏, 李朝奎. 三维点云多尺度等值线模型Morphing变换方法研究[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(7): 957-963. doi: 10.13203/j.whugis20140107
引用本文: 肖巍峰, 邓敏, 李朝奎. 三维点云多尺度等值线模型Morphing变换方法研究[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(7): 957-963. doi: 10.13203/j.whugis20140107
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XIAO Weifeng, DENG Min, LI Chaokui. Multi-scale Contour Model Transformation of 3D Point Cloud Based on Morphing Technology[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2015, 40(7): 957-963. doi: 10.13203/j.whugis20140107
Citation: XIAO Weifeng, DENG Min, LI Chaokui. Multi-scale Contour Model Transformation of 3D Point Cloud Based on Morphing Technology[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2015, 40(7): 957-963. doi: 10.13203/j.whugis20140107
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