城市三维重建中的自动纹理优化方法

围绕低空多镜头倾斜摄影在三维城市影像模型生产中的纹理优化问题,提出了一种无缝纹理模型重建方法。文中首先采用相机响应函数和暗通道方法对影像进行预处理;然后,根据地物三角网格表面模型与影像的映射关系,利用稀疏构网方法进行遮挡检测,并建立了三角面片的可视纹理列表;最后,结合三角网格表面模型中基本面片的三维拓扑关系,利用影像的均值与方差信息,构建了基于马尔科夫随机场框架下的图割纹理优化算法,解决了纹理优化选择的离散多标号问题,保证了相邻三角面片映射纹理的一致性,实现了城市大场景无缝纹理模型的重建。试验结果验证了算法的可靠性和优越性。     

一种改进的三维点集表面重建的区域生长算法

介绍了一种改进的三雏点集表面重建的区域生长算法。提出了一种基于三角形任意一边邻域拓扑关系的邻接三角形定位方法，充分利用了法向信息，采用由粗到精的提取策略，减少了候选表面三角形的数量，显著加快了表面重构的整体效率。提出了相应的局部拓扑一致性检测方法，确保了算法的稳健性，解决了传统算法的重叠面片和表面空洞等问题，并且重构的三角网格表面与被采样的物体表面拓扑差别最小。实验结果表明，本文算法可以重构具有任意拓扑的复杂表面。     

平行轮廓线自适应插值的三维表面重构算法

针对稀疏点轮廓线在三维表面重构中存在的不够光滑、匹配易出错和难以交互等问题,提出了基于轮廓线插值的三维表面重构方法,并通过实验进行验证。文章分析了三维表面重构的形式化表达方法和准则,提出了基于虚跨距解决稀疏点轮廓线三维重构的基本思想;基于同步前进算法和虚跨距,设计了自适应等比例插值的同步前进三角面镶嵌算法;针对轮廓线插值违背三角表面重构拓扑准则的规律进行了分析,提出了相应的修正算法,保证了三角网的拓扑一致性。试验结果表明:本算法所构建的三角网表面更为光滑,各个三角面的大小更为均匀,具有更好的鲁棒性和交互性,对稀疏和稠密坐标点的轮廓线均能构建出更为理想的三维表面模型。     

基于面片裁切技术的点云轮廓线生成算法

随着点云在各个领域的广泛应用,对点云处理相关技术的研究更为活跃。目前,研究的热点主要集中在点云去噪、配准、分割、增强、特征提取和重建等方面。其中,特征提取起着承前启后的作用,具有十分重要的研究价值。基于面片裁切技术的点云轮廓线生成算法。首先,对点云数据进行面片提取,通过面片生长、融合生成特征面片,并根据提出的面片双向索引法快速构造特征线,最终实现点云平面轮廓线的生成。实验证明,本算法可快速、准确、有效地实现点云轮廓线的生成。     

基于二维投影的散乱点云曲面重建

为降低点云曲面重建的复杂度,提出了一种基于二维投影的散乱点云曲面重建方法。首先利用点云的局平特性把点云投影到二维平面,然后在二维平面上对点云进行Delaunay三角剖分,并将拓扑连接关系映射到三维空间,最后剔除三角网格模型中的非流形三角面片得到点云模型重建结果。实验结果表明,只需获取散乱点云的坐标信息,该算法就能够重建出结构形态正确、保留物体细节信息的三维模型,且该算法原理简单、容易实现,降低了曲面重建复杂度,提高了曲面重建效率。     

一种基于矿体轮廓线的三维建模新方法

结合轮廓线拼接法和体数据等值面法提出了一种新的矿体三维建模方法。该方法将轮廓线空间几何数据通过距离函数转换为距离场,从而将轮廓线间的表面重建问题转化为体数据等值面构造问题,避免了由人工指定轮廓线的对应关系;其次,通过扫描方式进行非欧氏距离变换实现距离场的计算及采用分治法层层建模,有效降低算法的时间和空间复杂度;然后,将非平直四棱柱作为体数据构造单元,以适应矿山实际数据的特殊性。实验证明该方法能够实现基于矿体轮廓线的复杂矿体三维自动建模,结果准确,模型质量高。     

基于机载LiDAR的多面片建筑物3维重建方法研究

提出了顾及多面片建筑物模型拓扑关系的边界提取方法。针对多面片建筑物的特点并基于最小二乘法,设计了一套适合多面片建筑物的边界规则化方法,并生成了3维建筑物模型。实验证明,本文方法对于多面片建筑物模型的3维自动重建都是可行和有效的。     

三维点集的自动表面重构算法

提出了一种基于透视约束利用离散三维空间点重建三维表面模型的方法，该方法充分利用摄影测量以及激光扫描等三维测量技术中隐含的透视关系．将离散点划分到不同的投影面，在局部利用二维三角网构网技术构建三角网．然后在考虑局部三角网边缘一致性的基础上组合成整体三维表面模型。该方法可以利用近景摄影测量处理产生的三维景物点或激光扫描仪采集的三维空间点自动构造三维表面模型．重建物体三维表面。实验结果表明．该算法是有效的。     

LiDAR数据与正射影像结合的三维屋顶模型重建方法

为提高三维屋顶模型重建的准确性与定位精度,本文集成机载LiDAR数据与正射影像,以“屋顶面片提取-屋脊线生成-三维屋顶重建”为框架,提出了三角形簇和三角形动态传播相结合的屋顶面片提取策略.基于LiDAR数据和影像的屋脊线精确提取算法,有效挖掘影像高分辨率特性和LiDAR数据高程点云特性的互补优势,实验证明了算法的优越性.     

基于移动广义三棱柱的等值面提取算法

针对目前应用最广泛的等值面提取方法中,移动立方体算法存在拓扑二义性和移动四面体算法存在剖分二义性的问题,文中提出了基于移动广义三棱柱的等值面提取算法。该算法根据各个GTP提取出的三角等值面片构成的三维三角网,生成等值面。文中采用线性插值算法求等值点和剖分点,等值面不会出现裂缝。MGTP算法根据GTP等值点的个数判断该GTP内等值面片的拓扑结构,如果会出现拓扑二义性,则采用GTP剖分算法消除拓扑二义性后提取等值面片,否则按照规则直接提取该GTP的等值面片。MGTP算法有效解决了拓扑二义性和剖分二义性的问题。     

复杂地形条件的地表面积计算软件开发

针对现有地表面积计算软件在计算复杂地形时操作异常繁琐,且所生成三角网为单边界三角网这一问题,开发了一种新的地表面积计算软件。采用C#语言,利用数字地图,按照三角网建立地面模式,通过三角网内高程内插、点坐标集判断和分类等方式,完成待测区域内地表的并行分块与三角网的重建,实现复杂地形条件下的多边界三角网的生成和地表面积的一体化计算,并将区域内各个三角形的编号和面积直接显示于计算机屏幕上。实验结果表明:该软件使用直观方便,操作简单,精度可靠,适用范围广,可以有效地减少计算复杂地形地表面积时的操作步骤,降低工作强度,并能输出面积计算结果的各种信息。     

一种基于区域分割的三角划分方法

基于三维重建中物体截面轮廓边缘序列中相邻轮廓基本相似的事实，提出了一种物体截面轮廓线点集之间的三角划分的快速算法。该算法首先寻找轮廓线的控制点，对每两条相邻轮廓线的控制点进行配对，其次将这样两条轮廓线之间的三角划分的任务分配在多个小的曲线段对之间进行，并且由于事先的控制点匹配，在每个小的区域中就能够进行简化快速的三角划分。通过试验验证了本算法的有效性。     

椭球面三角形外心的地图代数解法

椭球面三角形外心到3个相邻顶点的大地线距离都相等。面向椭球面空间的外心大地坐标的求解对于椭球面Voronoi图的生成和椭球面Delaunay三角网的构造具有重要作用。利用基于地图代数理论的矢栅结合方法,首先基于地图代数测地变换建立高精度椭球面空间距离场,再通过边界跟踪配对确定外心所在的栅格范围,最后通过数值计算内插生成初始等距点并不断逼近外心的精确大地坐标。试验结果表明,采用本文方法求解的椭球面三角形外心大地坐标,在103~104 km跨度内其定位误差小于0.001m,且算法非常适用于海量空间数据的高精度快速计算。     

Delaunay三角网支持下的空间场表达

不规则三角网TIN本质上属于基于场的空间数据模型,然而在GIS领域,通常将其局限于DTM数字地形模型的表达中,没有象规则栅格模型那样在平面实体及实体关系表达中发挥足够的作用。针对这一局限性,仿照规则格网的栅格数据模型,应用DELAUNAY三角网工具,建立一种面向平面空间场表达的形式化数据模型。应用三角形的3种基元:顶点、边、三角形面表达空间点、线、面目标,定义该模型上的3种操作:扩充、收缩与骨架化,并进一步推广到序惯操作与条件操作。在几个应用实例基础上,分析该模型在空间邻近关系表达上可发挥重要作用。     

散乱点云数据空间三角网构建方法的研究

点云数据三维建模主要是对目标物体的表面进行网格建模。三角形作为三维建模的基本表示元素,不仅性质简单,而且可以有效地表示物体表面复杂的几何属性。Delaunay三角网是当前使用最广泛的三角剖分方法,它能够最大限度地避免狭长三角形的产生,并且无论从何处开始建网都能保持网型的唯一性。本文在已有生长算法研究的基础上提出了一个新的算法:即在二维生长算法的基础上,利用空间三角形的法向量来进行第三点的搜索构建空间三角网。该算法的优点是:适合大量点云数据构建空间三角网、构建的空间三角网可以很好地反映出物体的表面特征。     

基于三维狄洛尼三角网的曲面重建算法

随着三维激光扫描技术应用领域的不断拓展,对点云数据三维建模的需求越来越迫切。曲面重建技术作为三维建模的核心技术之一,在逆向工程、计算机视觉、计算机制图以及虚拟现实等技术领域都有着非常广泛的应用前景。本文提出一种基于三维狄洛尼三角网的曲面重建算法,其本质是一种结合了曲面生长算法思想的贪心算法,即在一定约束条件下,按照最优三角形选择标准,算法从预先构建好的三维狄洛尼三角网中,逐个筛选出最优三角形添加到生长曲面上,最终输出由一系列显式三角形所组成的流形曲面。这种方法对比目前主流的隐式曲面重建算法具有参数依赖性较小、不需要计算法线等优点,并且能够重建地形扫描、建筑物扫描和精细化扫描的点云模型。利用此算法对多种点云模型进行曲面重建试验,结果表明该算法生成曲面质量好、重建效率高、实用性强,能够很好地应用于三维建模领域。     

数字地形建模的真三维TIN算法研究(英文)

The problem of taking an unorganized point cloud in 3D space and fitting a polyhedral surface to those points is both important and difficult. Aiming at increasing applications of full three dimensional digital terrain surface modeling, a new algorithm for the automatic generation of three dimensional triangulated irregular network from a point cloud is proposed. Based on the local topological consistency test, a combined algorithm of constrained 3D Delaunay triangulation and region-growing is extended to ensure topologically correct reconstruction. This paper also introduced an efficient neighboring triangle location method by making full use of the surface normal information. Experimental results prove that this algorithm can efficiently obtain the most reasonable reconstructed mesh surface with arbitrary topology, wherein the automatically reconstructed surface has only small topological difference from the true surface. This algorithm has potential applications to virtual environments, computer vision, and so on.     

大钝角剖分与最小二乘法约束迭代算法优化TIN模型研究

TIN模型通过从不规则分布的数据点生成的连续三角面来逼近地形表面,就表达地形信息的角度而言,TIN模型的优点是它能以不同层次的分辨率来描述地形表面。但在相关软件对离散数据生成TIN模型时会出现边缘失真现象,特别是当一些离散数据出现凹区域时,凹区域地形逼近失真现象相当明显。而在这些凹区域大多生成的三角网以钝角三角形居多,本文对离散数据TIN模型生成DEM时存在凹区域地形逼近失真现象进行了研究。提出一种大钝角剖分与最小二乘法约束迭代算法优化TIN模型。首先对原始TIN模型中大于100°小于1800的钝角三角形进行遍历记录,然后利用最小二乘法约束迭代算法进行优化,通过此算法优化后的TIN模型生成DEM数据,分别从小区域面积稳定性与剖面拟合实际地形进行了试验与精度对比,试验显示这种算法是可行的。     

基于曲面方程的三角形网格模型求交方法

在应用GIS不规则三角网的地层建模、表达和分析的研究过程中,会涉及到大量复杂的三角网格模型的求交运算。本文提出了一种基于曲面方程的三角形网格模型求交算法。该算法首先通过三维点要素,插值拟合出两个曲线方程,然后求解方程组获得交线方程,再将该交线分别投影到三角形网格上,获得顺序的投影三角形组,最后对两个三角形组做求交运算。该算法能快速有效地排除不相交三角形,同时,对候选三角形和三角形交线依次记录,大大减少了运算时间。