專利名稱：植物器官網(wǎng)格曲面孔洞修補(bǔ)方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及植物 形態(tài)建模技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種植物器官網(wǎng)格曲面孔洞修補(bǔ)方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
三維激光掃描技術(shù)的快速發(fā)展使得基于三維掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)重建成為幾何模型構(gòu)造的熱點(diǎn)問題。然而由于某些物體表面凹凸不平、加上自身材質(zhì)屬性和外界環(huán)境因素的干擾，利用三維激光掃描儀掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)往往存在缺失數(shù)據(jù)現(xiàn)象，導(dǎo)致由此重構(gòu)出的三維網(wǎng)格模型存在孔洞。這些孔洞不僅降低了三維模型準(zhǔn)確性，也會影響開展有限元分析、快速原型制造等應(yīng)用。國內(nèi)外許多研究者圍繞網(wǎng)格孔洞的修補(bǔ)已開展了不少研究工作。Davis等人采用體素擴(kuò)散的方法進(jìn)行孔洞修補(bǔ)，再用移動立方體(Marching Cube, MC)算法網(wǎng)格化整個模型，該算法能對各種形式的孔洞取得較好的修補(bǔ)效果，其不足之處是改變了原有的網(wǎng)格模型，容易丟失原有曲面網(wǎng)格的細(xì)節(jié)特征。Li印a直接在三維空間中對孔洞區(qū)域進(jìn)行三角剖分，然后利用細(xì)化和光順操作對新增網(wǎng)格頂點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，得到與初始網(wǎng)格相適應(yīng)的網(wǎng)格。Zhao等人將波前法與泊松方程相結(jié)合對修補(bǔ)網(wǎng)格的頂點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)孔洞的修補(bǔ)。王小超等人利用波前法結(jié)合邊界法向與拉普拉斯坐標(biāo)對網(wǎng)格孔洞進(jìn)行修補(bǔ)。杜佶等人使用基于徑向基函數(shù)對網(wǎng)格孔洞進(jìn)行修補(bǔ)，但該方法僅僅實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)格模型的封閉和連接，而沒有考慮到孔洞與周圍區(qū)域的形狀特征過渡保持一致，對于缺失的特征無法有效恢復(fù)。Levy等人將整個網(wǎng)格參數(shù)化得平面上進(jìn)行修補(bǔ)，但待修補(bǔ)孔洞面積較小而整個網(wǎng)格較大時，該方法的效率較低?，F(xiàn)有的網(wǎng)格孔洞修補(bǔ)方法對于平坦區(qū)域和面積不大的簡單孔洞可以取得較好的修補(bǔ)效果，然而對于曲率變化大的區(qū)域，或者面積較大的孔洞仍具有挑戰(zhàn)性，特別是對具有極不規(guī)則外部輪廓和表面曲率特征、材質(zhì)光反射能力弱、或其他環(huán)境干擾等因素引起掃描數(shù)據(jù)缺失的植物器官，使用以上方法進(jìn)行孔洞修補(bǔ)都難以得到良好的結(jié)果。例如，常用的波前法由于采用邊距和曲率做約束，所以在對密度均勻且網(wǎng)格區(qū)域較平坦的網(wǎng)格曲面有較好的效果，但由于植物器官的網(wǎng)格孔洞周圍往往存在曲率變化較大的區(qū)域，應(yīng)用波前法修補(bǔ)效果較差。而基于徑向基函數(shù)的網(wǎng)格孔洞修補(bǔ)方法由于沒有考慮孔洞與周圍區(qū)域的形狀特征，因此其修補(bǔ)后的網(wǎng)格曲面無法有效恢復(fù)物體原有的曲面特征，現(xiàn)有技術(shù)中只能通過增加對植物器官在三維掃描時的額外處理流程，如搭建專用掃描工作間、對植物器官進(jìn)行噴色處理等操作來降低三維掃描時的數(shù)據(jù)缺失。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何在無需對植物器官在三維掃描時進(jìn)行額外處理流程的情況下，對獲取的植物器官網(wǎng)格曲面上的各種孔洞進(jìn)行精確修補(bǔ)，以實(shí)現(xiàn)有效地恢復(fù)物體原有的曲面特征。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種植物器官網(wǎng)格曲面孔洞修補(bǔ)方法，所述方法包括以下步驟SI :獲取當(dāng)前植物器官網(wǎng)格曲面孔洞的邊界；S2 :計算所述邊界中每兩條相鄰的邊界邊所形成的內(nèi)角；S3:根據(jù)計算的每兩條相鄰的邊界邊所形成的內(nèi)角對所述當(dāng)前植物器官網(wǎng)格曲面孔洞實(shí)現(xiàn)修補(bǔ)。優(yōu)選地，步驟S2中通過以下公式計算所述邊界中每兩條相鄰的邊界邊所形成的內(nèi)角Θ，
權(quán)利要求
1.一種植物器官網(wǎng)格曲面孔洞修補(bǔ)方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 Si:獲取當(dāng)前植物器官網(wǎng)格曲面孔洞的邊界； 52:計算所述邊界中每兩條相鄰的邊界邊所形成的內(nèi)角； 53:根據(jù)計算的每兩條相鄰的邊界邊所形成的內(nèi)角對所述當(dāng)前植物器官網(wǎng)格曲面孔洞實(shí)現(xiàn)修補(bǔ)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟S2中通過以下公式計算所述邊界中每兩條相鄰的邊界邊所形成的內(nèi)角9，
3.如權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于,計算Vi的單位法矢n時,先將Vp1和vi+1暫時連接，并通過以下方式計算，
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟S3具體包括以下步驟 531:判斷所述邊界中的內(nèi)角數(shù)量是否小于等于3，若是，則結(jié)束所述方法，否則執(zhí)行下一步; 532:獲取所述邊界中的兩條相鄰的邊界邊所形成的內(nèi)角的最小角，判斷所述最小角是否小于等于75度，若是，則直接連接最小角對應(yīng)的兩條相鄰邊界邊，并返回步驟S31，否則執(zhí)行下一步； 533:判斷所述最小角是否大于75度、且小于等于135度，若是，則在所述最小角的角平分線上增加一個新增點(diǎn)，并執(zhí)行步驟S35，否則執(zhí)行下一步； 534:判斷所述最小角是否大于135度、且小于180度，若是，則將所述最小角平分為三等分，在兩條平分線上分別增加一個新增點(diǎn)，并執(zhí)行步驟S35 ； 535:對所述新增點(diǎn)的位置進(jìn)行調(diào)整； 536:連接所述新增點(diǎn)與所述最小角對應(yīng)的兩條相鄰邊界邊，構(gòu)成新增的三角面片，并返回步驟S31。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟S35具體包括以下步驟 S351:設(shè)新增點(diǎn)vn6W在平面中調(diào)整，調(diào)整的方向由所述新增點(diǎn)vn6W處的法曲率確定，若\ (T) > 0，則將所述新增點(diǎn)朝向所述新增點(diǎn)Vmw處的法向調(diào)整角度入，若K1 (T)<0,則將所述新增點(diǎn)背離所述新增點(diǎn)Vmw處的法向調(diào)整角度X，其中，Vi為所述最小角對應(yīng)的兩條相鄰邊界邊相交的端點(diǎn)，Vh和vi+1分別為所述最小角對應(yīng)的兩條相鄰邊界邊上的另一個端點(diǎn)，^平面為端點(diǎn)Vi的單位法矢n與向量V決定的平面,V =V/1^W，T為向量Q在端點(diǎn)Vi點(diǎn)處切平面上的單位投影向量，A = arccos (v, y' ), y' = v+ n n, n為端點(diǎn)Vi的單位法矢，n為預(yù)設(shè)閾值； S352:調(diào)整后的新增點(diǎn)V' n6W通過以下公式計算，
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟S351中所述新增點(diǎn)Vmw處的法曲率 通過以下公式計算，
7.一種植物器官網(wǎng)格曲面孔洞修補(bǔ)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括 邊界獲取模塊，用于獲取當(dāng)前植物器官網(wǎng)格曲面孔洞的邊界； 內(nèi)角計算模塊，用于計算所述邊界中每兩條相鄰的邊界邊所形成的內(nèi)角； 修補(bǔ)模塊，用于根據(jù)計算的每兩條相鄰的邊界邊所形成的內(nèi)角對所述當(dāng)前植物器官網(wǎng)格曲面孔洞實(shí)現(xiàn)修補(bǔ)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種植物器官網(wǎng)格曲面孔洞修補(bǔ)方法及系統(tǒng)，涉及植物形態(tài)建模技術(shù)領(lǐng)域，所述方法包括以下步驟S1獲取當(dāng)前植物器官網(wǎng)格曲面孔洞的邊界；S2計算所述邊界中每兩條相鄰的邊界邊所形成的內(nèi)角；S3根據(jù)計算的每兩條相鄰的邊界邊所形成的內(nèi)角對所述當(dāng)前植物器官網(wǎng)格曲面孔洞實(shí)現(xiàn)修補(bǔ)。本發(fā)明根據(jù)每兩條相鄰的邊界邊所形成的內(nèi)角對所述當(dāng)前植物器官網(wǎng)格曲面孔洞實(shí)現(xiàn)修補(bǔ)，在無需對植物器官在三維掃描時進(jìn)行噴色、遮光等額外處理流程的情況下，對獲取的植物器官網(wǎng)格曲面上的孔洞進(jìn)行精確修補(bǔ)，能夠有效地恢復(fù)物體原有的曲面特征。
文檔編號G06T17/30GK102663823SQ201210096629
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者孫智慧, 王傳宇, 肖伯祥, 郭新宇, 陸聲鏈 申請人:北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心