三維激光掃描數(shù)據(jù)建模方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光掃描領域，具體涉及一種基于半球面和平面聯(lián)合投影的三維激光 掃描數(shù)據(jù)建模方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 三維激光掃描儀是一種集成了多種高新技術的新型三維坐標測量儀器，采用非接 觸式高速激光測量方式，以點云形式獲取被測對象表面的陣列式幾何圖形的三維數(shù)據(jù)，其 激光測距的基本原理已發(fā)展成熟，數(shù)據(jù)獲取的準確性和有效性也得以保障，然而掃描的結 果只是待測實體表面的點云數(shù)據(jù)，在應用中需要更具有實際意義的三維實體表面模型，因 此，對掃描數(shù)據(jù)的后處理一直面臨著困難。
[0003] 解決點云數(shù)據(jù)建模問題的方法可分為三類：基于隱式曲面法、區(qū)域生長法和基于 Delaunay三角剖分法。Hoppe等最早提出的零集法屬于基于隱式曲面法，該類方法不能在 點云中插值點從而使其應用受到限制；Bernardini等提出的Ball-Pivoting法和Cochen Steiner提出的貪婪算法屬于區(qū)域生長法，該類方法構建的網格質量過分依賴于種子面 片的選取和自定義參數(shù)的設置，采樣不均勻的情況下還需要后續(xù)補孔；具有代表性的基于 Delaunay三角剖分的算法有Guo等提出的a-shape法、Dey等提出的Cocone算法和Amenta 等提出的Crust算法及PowerCrust算法等，該類算法由于使用了中間數(shù)據(jù)結構，計算量 大，時效性比較差。
[0004] 針對上述現(xiàn)象，亟需一種快速準確的建模方法，解決三維激光掃描數(shù)據(jù)的建模問 題。

【發(fā)明內容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種基于半球面和平面聯(lián)合投影的三維激光掃 描數(shù)據(jù)建模方法，以實現(xiàn)三維激光掃描數(shù)據(jù)的快速準確建模。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術方案予以實現(xiàn)：
[0007] 第一方面，本發(fā)明提供一種基于半球面和平面聯(lián)合投影的三維激光掃描數(shù)據(jù)建模 方法，包括：
[0008] Sl?根據(jù)掃描頭的坐標PO(p〇x，p〇y，p〇z)、掃描頭的初始方位（0，a)及N個三維 激光掃描數(shù)據(jù)點的極坐標Poi ( 0i，ai，Cli)，得到掃描數(shù)據(jù)點到所述掃描頭的最長距離d_;
[0009]S2.通過半球面投影法則將N個三維激光掃描數(shù)據(jù)點投影到半球面上，得到N個三 維激光掃描數(shù)據(jù)半球面映射點Psi ( 0夕2,ai，d_);
[0010] S3.通過平面投影法則將所述N個三維激光掃描數(shù)據(jù)半球面映射點投影到平面 上，得到N個三維激光掃描數(shù)據(jù)平面映射點PpiPiZ^apcL/cosPi/^));
[0011]S4.將所述N個三維激光掃描數(shù)據(jù)平面映射點轉化為N個直角坐標Pri (prix，priy， priz)，并進行任意軸坐標旋轉，得到坐標系在水平面上的平面映射點Pti (ptix，ptiy，ptiz);
[0012] S5.對水平面上的平面映射點Pti進行Delaunay三角剖分，得到Pti之間的不規(guī) 則三角網拓撲關系；
[0013] S6.將所述Ptii間的不規(guī)則三角網拓撲關系對應地賦值給Poi，從而得到P〇i2 間的不規(guī)則三角網拓撲關系，完成對三維激光掃描數(shù)據(jù)點的建模。
[0014] 其中，所述步驟Sl根據(jù)掃描頭的坐標PO(p〇x，p〇y，p〇z)、掃描頭的初始方位（0， a)及N個三維激光掃描數(shù)據(jù)點的極坐標P〇i(0i，ai，Cli),得到掃描數(shù)據(jù)點到所述掃描頭 的最長距離dmax包括：
[0015] 根據(jù)掃描頭的坐標P0(p〇x，p〇y，POz)及掃描頭的初始方位（Q，a)建立激光掃描 儀坐標系，N個三維激光掃描數(shù)據(jù)點的極坐標Poi ( 0i，ai，Cli)為以激光掃描儀坐標系為基 礎的表示方式，將其轉化為以大地坐標系為基礎的表示方式PdiP片0，Qi+a，屯），比較N 個三維激光掃描數(shù)據(jù)點？〇1的d^直，得到三維激光掃描數(shù)據(jù)點到掃描頭的最長距離d_。
[0016] 其中，所述步驟S2通過半球面投影法則將N個三維激光掃描數(shù)據(jù)點投影到半球面 上，得到N個三維激光掃描數(shù)據(jù)半球面映射點Psi ( 0夕2,ai，dmax)包括：
[0017] 根據(jù)所述半球面投影法則Poi ( 0i，ap(Ii) -Psi ( 0 72,ap(Iniax)將極坐標（0i， ai，（Ii)中的屯值變換為d_，d_為一個固定值，數(shù)據(jù)點（9i，apd_)落在一個球面上； 且將傾角Qi折半，此時數(shù)據(jù)點（9i，Qi,d_)在球面上收縮為一個半球面，得到半球面映 射數(shù)據(jù)點PsiPiZ^a^dmJ。
[0018] 其中，所述步驟S3通過平面投影法則將所述N個三維激光掃描數(shù)據(jù)半球面映射點 投影到平面上，得到N個三維激光掃描數(shù)據(jù)平面映射點Ppi ( 0'2,ai，d_/C〇S ( 0V2))包 括：
[0019] 根據(jù)所述平面投影法則Psi ( 0i/2,apdmJ-Ppi ( 0i/2,apdmax/c〇s( 0 夕2))， 將半球面映射數(shù)據(jù)點（0夕2,ai，dmax)中的(1_值變換為(1_八〇8(01/2)，此時數(shù)據(jù)點 (0i/2,ai，dmax/c〇s( 0i/2))便在一個平面上，從而得到平面映射數(shù)據(jù)點PPi( 072,ai， dmax/c〇s( 0i/2)) 〇
[0020] 其中，所述步驟S4將所述N個三維激光掃描數(shù)據(jù)平面映射點轉化為N個直角 坐標Pri (prix，priy，priz)，并進行任意軸坐標旋轉，得到坐標系在水平面上的平面映射點 Pti (ptix，ptiy，ptiz)包括：
[0021] 將以激光掃描儀坐標系為基礎的平面映射點Ppd0i/2,ai，dmax/c〇s( 0i/2))的 表示方式轉化為以大地坐標系為基礎的表示方式PqJ0i/2+ 0，a^a，d_/cos( 0i/2));
[0022] 按照下面公式將所述N個三維激光掃描數(shù)據(jù)平面映射點轉化為N個直角坐標 Pri(prix,priy,priz)：
【主權項】
1. 一種基于半球面和平面聯(lián)合投影的三維激光掃描數(shù)據(jù)建模方法，其特征在于，包 括：
51. 根據(jù)掃描頭的坐標PO(pox，poy，poz)、掃描頭的初始方位（θ， α)及N個三維激光 掃描數(shù)據(jù)點的極坐標P〇i( Θ i，a i，(Ii)，得到掃描數(shù)據(jù)點到所述掃描頭的最長距離dmax;
52. 通過半球面投影法則將N個三維激光掃描數(shù)據(jù)點投影到半球面上，得到N個三維激 光掃描數(shù)據(jù)半球面映射點Psi ( Θ ^2, a i，dmax);
53. 通過平面投影法則將所述N個三維激光掃描數(shù)據(jù)半球面映射點投影到平面上，得 到N個三維激光掃描數(shù)據(jù)平面映射點Ppi ( Θ ^2, a i，dmax/c〇s ( Θ 72));
54. 將所述N個三維激光掃描數(shù)據(jù)平面映射點轉化為N個直角坐標Pri (prix，priy， priz)，并進行任意軸坐標旋轉，得到坐標系在水平面上的平面映射點Pt i (ptix，ptiy，ptiz);
55. 對水平面上的平面映射點Pti進行Delaunay三角剖分，得到Pt之間的不規(guī)則三 角網拓撲關系；
56. 將所述Phi間的不規(guī)則三角網拓撲關系對應地賦值給Po i，從而得到Poi之間的 不規(guī)則三角網拓撲關系，完成對三維激光掃描數(shù)據(jù)點的建模。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于半球面和平面聯(lián)合投影的三維激光掃描數(shù)據(jù)建模方法， 其特征在于，所述步驟Sl根據(jù)掃描頭的坐標P0(po x，poy，poz)、掃描頭的初始方位（θ，α ) 及N個三維激光掃描數(shù)據(jù)點的極坐標Poi ( Θ i，a i，(Ii)，得到掃描數(shù)據(jù)點到所述掃描頭的最 長距離d_包括： 根據(jù)掃描頭的坐標P〇(P〇X，P〇y，P〇z)及掃描頭的初始方位（θ，α )建立激光掃描儀坐 標系，N個三維激光掃描數(shù)據(jù)點的極坐標Poi ( Θ i，a i，(Ii)為以激光掃描儀坐標系為基礎的 表示方式，將其轉化為以大地坐標系為基礎的表示方式Ρφ( Θ i+ θ，a i+a，屯），比較N個三 維激光掃描數(shù)據(jù)點d ^直，得到三維激光掃描數(shù)據(jù)點到掃描頭的最長距離dmax。
3. 根據(jù)權利要求1所述的基于半球面和平面聯(lián)合投影的三維激光掃描數(shù)據(jù)建模方法， 其特征在于，所述步驟S2通過半球面投影法則將N個三維激光掃描數(shù)據(jù)點投影到半