基于nurbs參數(shù)曲面的建筑物表面柔性變形監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于NURBS參數(shù)曲面的建筑物表面柔性變形監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：NURBS參數(shù)曲面重構(gòu)，NURBS曲面參數(shù)反求，變形前后對(duì)應(yīng)點(diǎn)確定，變形量的計(jì)算，重復(fù)直到計(jì)算出變形前后建筑物曲面模型中所有對(duì)應(yīng)點(diǎn)的變形量；本發(fā)明可根據(jù)變形前后建筑物曲面的散亂點(diǎn)云模型，快速地獲取變形前后建筑物曲面對(duì)應(yīng)點(diǎn)，準(zhǔn)確地計(jì)算出建筑物曲面的變形量，運(yùn)算量小，求解精度高，計(jì)算效率高，不僅能夠探測(cè)出建筑物曲面模型中微小的變形，同時(shí)還可以獲取建筑物曲面模型在三維空間中的變形。
【專利說(shuō)明】基于NURBS參數(shù)曲面的建筑物表面柔性變形監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種NURBS曲面建模分析方法，具體涉及一種建筑物變形監(jiān)測(cè)方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]三維激光掃描技術(shù)通過(guò)發(fā)射紅外激光直接測(cè)量?jī)x器中心到測(cè)量目標(biāo)的角度和距離信息，獲取測(cè)量目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)，屬于無(wú)合作目標(biāo)測(cè)量技術(shù)，不需要任何測(cè)量專用標(biāo)志，直接對(duì)物體進(jìn)行測(cè)量，能夠快速獲取高密度的三維數(shù)據(jù)，得到一個(gè)表示實(shí)體的三維點(diǎn)云模型。該系統(tǒng)以高精度、高密度、高速度和免棱鏡地測(cè)量建筑物表面點(diǎn)，具有高時(shí)間分辨率、高空間分辨率和測(cè)量精度均勻等特點(diǎn)，已經(jīng)開始應(yīng)用在建筑物及其結(jié)構(gòu)表面的柔性變形監(jiān)測(cè)，例如:構(gòu)件在外力作用下的彎曲變形、撓度變形、扭轉(zhuǎn)變形等。
[0003]根據(jù)三維激光掃描技術(shù)掃描測(cè)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，獲取建筑物表面的柔性變形，首先要找到變形前后建筑物表面在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，然后對(duì)其求差來(lái)獲取變形量。目前常見的算法是將曲面用無(wú)數(shù)小平面構(gòu)成的平面立體來(lái)代替，將曲面間點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換成平面立體間的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)處理，這種算法存在著運(yùn)算量大，算法效率低的缺點(diǎn)，同時(shí)還存在求解精度與運(yùn)算量的矛盾問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能探測(cè)出微小的變形、確定點(diǎn)云模型在三維空間上的變形的基于NURBS參數(shù)曲面的建筑物表面柔性變形監(jiān)測(cè)方法。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明所述的一種基于NURBS參數(shù)曲面的建筑物表面柔性變形監(jiān)測(cè)方法，如圖1所示，包括以下步驟:
[0006](I)NURBS參數(shù)曲面重構(gòu):利用三維激光掃描技術(shù)獲得變形前后建筑物表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)NURBS參數(shù)曲面構(gòu)建技術(shù)，重構(gòu)變形前后建筑物表面的曲面模型，如圖2所示，該技術(shù)把二維空間中的一個(gè)參數(shù)平面區(qū)域D映射為三維空間中的一個(gè)曲面P，參數(shù)平面中u和V的方向與NURBS曲面表面矩形方格網(wǎng)相對(duì)應(yīng)，即為NURBS表面矩形方格網(wǎng)在平面上的投影，并且參數(shù)平面中任意一參數(shù)Utl, Vtl)對(duì)應(yīng)著NURBS表面上的點(diǎn)P (U(l，Vtl);其計(jì)算公式為:
[0007]
【權(quán)利要求】
1.一種基于NURBS參數(shù)曲面的建筑物表面柔性變形監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)NURBS參數(shù)曲面重構(gòu):利用三維激光掃描技術(shù)獲得變形前后建筑物表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)NURBS參數(shù)曲面構(gòu)建技術(shù)，重構(gòu)變形前后建筑物表面的曲面模型:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于NURBS參數(shù)曲面的建筑物表面柔性變形監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:步驟(2) NURBS曲面參數(shù)反求的方法包括以下步驟: ①、NURBS曲面重采樣:對(duì)變形前NURBS曲面P上所有點(diǎn)的曲面參數(shù)u和v進(jìn)行均勻采樣，根據(jù)采樣后的曲面參數(shù)(Ui, Vj), i = 1，…，r; j = 1，…，w,其中r和w分別表示對(duì)曲面參數(shù)的采樣數(shù)，計(jì)算出所有曲面參數(shù)對(duì)應(yīng)的NURBS曲面點(diǎn)坐標(biāo)P (Ui, Vj),重采樣以后的點(diǎn)云模型為P1 ; ②、近似參數(shù)域計(jì)算:為了確定出曲面P上任意一點(diǎn)S對(duì)應(yīng)的NURBS曲面參數(shù)(us，vs)，利用空間八叉樹點(diǎn)云數(shù)據(jù)k鄰域搜索算法，對(duì)重采樣點(diǎn)云模型P1進(jìn)行搜索，找到距離S點(diǎn)最近的四個(gè)點(diǎn)S' y 2、S' 3、S' 4,確定其對(duì)應(yīng)的曲面參數(shù)(Ui, Vj), (Ui, vj+1), (ui+1, vj+1),(ui+1, Vj)作為S點(diǎn)的最近曲面參數(shù)區(qū)域； ③、參數(shù)域細(xì)分:根據(jù)所求點(diǎn)S的最近曲面參數(shù)域，采用平面四叉樹分割的方法，對(duì)點(diǎn)S的最近曲面參數(shù)域進(jìn)行分割，得到1、I1、II1、IV四個(gè)子區(qū)域，其交點(diǎn)處的參數(shù)為(wv')，由于點(diǎn)S的參數(shù)(us，Vs)處于第IV子區(qū)域內(nèi)，對(duì)該區(qū)域再進(jìn)行分割，得到IV-l、IV-2、IV-3、IV -4,交點(diǎn)處的參數(shù)為(K2，'^ )，如此進(jìn)行t次重復(fù)分割,直到參數(shù)')對(duì)應(yīng)的曲面坐標(biāo)S(uit，' )與S點(diǎn)的坐標(biāo)S (us, Vs)滿足兩點(diǎn)間距離,vs)~S(uSt,)| < ￡，其中ε為閾值，取值范圍為O~0 .9mm。
【文檔編號(hào)】G01B11/16GK103884291SQ201410117875
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】岳建平, 周保興, 席廣永, 梁子亮, 鄭應(yīng)新 申請(qǐng)人:河海大學(xué), 鄭州輕工業(yè)學(xué)院