一种基于点云模型的修补方法

本发明涉及计算机辅助几何设计，更具体地涉及一种基于点云模型的修补方法。

背景技术：

1、点云修补是指对三维点云数据进行修复或填补，以弥补数据中可能存在的缺失、噪声或损坏。这在计算机视觉、计算机图形学和三维重建等领域中非常常见，尤其是在从传感器中获取的数据可能存在缺失或噪声的情况下。在航空航天领域，点云修补技术有多种重要应用。例如，点云修补可用于从激光雷达扫描或其他三维扫描技术获取的飞行器外部数据中生成精确的模型。这些模型可以用于设计新型飞行器、改进现有飞行器的气动外形、进行结构分析等。航空航天器在使用过程中可能会受到损坏或磨损，点云修补技术可以用于从损坏部位的扫描数据中生成修复所需的模型，从而有助于维护人员快速准确地进行修复操作。

2、cad点云修补是在计算机辅助设计(cad)中对点云进行修复和优化的过程。常见的cad修补方法有曲面拟合法、网格曲面修补法。曲面拟合法仅适用于具有参数化表示的曲面。网格曲面修补方法通过对网格进行操作来修复曲面上的缺陷，网格曲面是由网格组成的曲面。网格曲面修补法通常用于处理由三角形或四边形网格表示的曲面模型，例如从三维扫描数据生成的网格曲面模型。

3、然而，随着模型的复杂程度提高，对于复杂的三维模型，网格曲面修补的实现需要大量的计算资源和时间。特别是在处理高分辨率的模型或具有大量网格的模型时，修补过程可能会变得非常耗时以及耗费算力资源。特别是在需要对模型进行大范围修补或重建时，上述修补方式还往往导致模型形状的较大精度损失。

4、现有的逆向工程补面算法中，缺乏能够实现快速高效的基于点云模型的修补算法，因此在针对复杂模型进行修补时会十分耗时和耗费算力资源，并且导致较大的精度损失，严重影响修补效果。具体而言，当得到的点云数据不完整时，需要对点云数据进行修补从而让设计或者检测中的结构的模型还原处理可顺利进行，进而得到描述程度较高的模型。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，为了解决现有技术中复杂的三维模型的修补过于耗时和耗费算力以及导致精度损失严重的问题，根据本发明的实施方式提供了一种基于点云模型的修补方法。

2、根据本发明的实施方式提供的一种基于点云模型的修补方法，包括以下步骤：

3、步骤一，在待处理模型中提取点云数据信息；

4、步骤二，根据所提取的点云数据信息，识别出所述待处理模型中的空缺位置并记录该空缺位置的坐标信息；

5、步骤三，在该点云模型的空间坐标系中均匀地取n个方向，在所述空缺位置取n个方向中的一个方向对点云数据进行插值，形成样条；

6、步骤四，在所述空缺位置，沿n个方向进行样条求交处理；

7、步骤五，依此类推，重复步骤二至步骤四，将所述模型的点云数据中的所有空缺位置进行补全。

8、可选地，所述步骤一中的点云数据信息可以是，例如三维坐标x,y,z以及权重ω。

9、在可选的实施方式中，所述步骤一进一步包括：

10、找到所述点云模型的边界，并且在该点云模型的空间坐标系中均匀地取n个方向；

11、在该n个方向的各个方向上隔一小段距离生成以此方向为法向量的平面；

12、将该生成的平面与点云模型的所有点进行逼近处理，令点云模型中离所生成平面距离十分接近的点沿所述法向量的方向投影到此平面上；和

13、将点云模型上的所有点投影到生成的若干个平面上，并对点云数据信息进行均匀化处理，之后在各平面上提取点云数据信息。

14、在可选的实施方式中，所述步骤二进一步包括：在对点云模型进行所述逼近处理后，得到所有点的齐次坐标；对所有点的齐次坐标进行识别，其中在坐标的权重ω为0处表示此位置空缺，权重ω为1处表示此位置没有空缺。

15、在可选的实施方式中，所述步骤三进一步包括：以所述空缺位置的信息为中心沿n个方向进行插值得到n个方向的样条曲线，形成在各以所述方向为法向量的平面上的样条曲线。

16、在可选的实施方式中，所述步骤四进一步包括：所述n个方向作为法向量的平面中的每一个平面具有对应的一条法向量方向，过所述空缺位置沿着所述法向量方向以作一条直线，将此直线与其对应平面上形成的样条曲线进行样条求交处理，得到一个交点并取得该交点的坐标信息。

17、在可选的实施方式中，所述步骤四进一步包括：在空缺位置沿n个方向进行n次样条求交处理后得到n个交点的坐标，取该n个交点的坐标的平均值作为填补所述空缺位置的点的坐标值。

18、根据本发明的实施方式提供的基于点云模型的修补方法与现有技术相比至少包括以下有益效果：本发明的实施方式提供的基于点云模型的修补方法所生成的修补点精度大大提高；并且相较于网格模型补面方法省去了点云模型向网格模型转换的步骤，极大降低了计算的复杂程度和缩短了处理时间，提高了处理效率。

技术特征：

1.一种基于点云模型的修补方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于点云模型的修补方法，其特征在于，所述步骤一进一步包括：

3.如权利要求2所述的基于点云模型的修补方法，其特征在于，所述步骤二进一步包括：

4.如权利要求1所述的基于点云模型的修补方法，其特征在于，所述步骤三进一步包括：

5.如权利要求1所述的基于点云模型的修补方法，其特征在于，所述步骤四进一步包括：

6.如权利要求5所述的基于点云模型的修补方法，其特征在于，所述步骤四进一步包括：

技术总结本发明涉及一种基于点云模型的修补方法，属于计算机辅助几何设计技术领域，解决了现有技术中处理耗时和耗费算力，并且导致精度损失的问题。本发明提供的基于点云模型的修补方法，包括：步骤一，对待处理结构进行扫描得到待处理模型，对待处理模型进行点云数据信息提取；步骤二，根据所提取的点云数据信息，识别出所述待处理模型中的空缺位置并记录该空缺位置的坐标信息；步骤三，在所述空缺位置取n个方向中的一个方向对点云数据进行插值，形成样条；步骤四，在所述空缺位置沿n个方向进行样条求交处理；步骤五，重复步骤二至步骤四，将所述模型的点云数据中的所有空缺位置进行补全。技术研发人员：闫光荣,马文扬,董浩宇受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9