一種精度可控的基于曲面相交的曲面拼接方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于三維圖像處理技術領域，具體涉及一種精度可控的基于曲面相交的曲面拼接方法。
【背景技術】
[0002]隨著現代科學技術的飛速發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，人們對于各種物質的需求越來越呈現出多樣化的要求，對于產品精細度的要求越來越高，因而產生了基于視覺的對物體表面進行非接觸式的三維測量技術，并且這種技術日益為近年來測量技術的研究熱點。但由于在實際測量過程中，由于測量設備范圍的限制和物體自身形狀的多變性，常常無法一次完成整個測量對象的精確測量，人們很自然地想到把測量物體劃分成多個部件進行多次測量，然后采用拼接技術，將每部分的測量結果拼接融合在一起，構建被檢測物體完整的三維數據模型，這種分塊測量技術便逐步發(fā)展為現在的三維拼接技術。三維曲面拼接技術在工業(yè)應用前景廣闊，有助于實現對大型物體三維形貌測量，國內外學者對其進行了大量的研究，是計算機視覺領域的研究熱點。
[0003]根據拼接對象、拼接條件和要求的不同，國內外學者對三維拼接方法進行了大量研究并提出了一系列的拼接方法。Fernando C.M.Martins等使用形狀和紋理對不規(guī)則大型物體進行三維拼接。Rajapakse C.S等進行了顯著結構不匹配的多形態(tài)脛骨圖像的快速三維拼接方法的研究。Gaoyu Xiao等使用測定體積法實現部分重疊物體表面的三維拼接，提出了一種新穎的測定體積的方法。YARON Avi等研究了微創(chuàng)手術中使用微型立體視頻系統(tǒng)提供實時三維拼接和圖像融合。在國內，薛婷等利用相鄰圖像塊中3組重疊標記約束信息，完成傳感器測量位置相互關系參數的標定，根據相互位置關系標定參數實現坐標系的統(tǒng)一和三維數據圖像的拼接。尚愛軍等采用結構光彩色編碼技術實現大型曲面測量。
[0004]但目前的三維曲面拼接技術中，由于曲面相對位置關系具有不確定性，要精確的重建曲面相交帶所需要的時間成本較高，且算法穩(wěn)定性不足;而且傳統(tǒng)的近似算法由于不能進行精度控制，其拼接效果嚴重受到曲面網格質量的影響，若相交帶附近三角片面積較大，重建結果不夠理想。基于此，本發(fā)明提供一種基于曲面相交，并且精度可調的曲面拼接方法。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明提出一種精度可控的基于曲面相交的曲面拼接方法，利用該方法可以近似的將兩個相交的三角網格曲面拼接成一個完整的曲面，而且可根據應用需要進行精細劃分，獲取更為準確的結果。
[0006]為了實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:一種精度可控的基于曲面相交的曲面拼接方法，包括如下步驟:
[0007](I)將需要拼接的兩相交曲面輸入系統(tǒng)，并對其進行預處理，將曲面的多邊形面片分割成三角形面片；
[0008](2)對兩曲面的三角形面片分別建立軸向平行包圍盒；
[0009](3)利用軸向平行包圍盒相交判定算法，計算出相交包圍盒對；
[0010](4)對于位于相交包圍盒對中的每個三角形面片，分別與其所在的軸向平行包圍盒所對應的相交包圍盒對中的另外一個軸向平行包圍盒中的三角形面片進行相交判定，若有相交，則記錄其相交線段起止點坐標及所處三角形面片的編號；
[0011](5)取出步驟(4)中記錄的一條相交線段，并選出一條相交邊緣，對于每條選出的線段進行標記；
[0012](6)在兩個曲面上，分別刪除組成相交邊緣的相交線段所對應的三角形面片，剩余曲面的邊緣；
[0013](7)將相交邊緣上的所有點分別加入兩曲面成為新頂點；
[0014](8)以剩余曲面的邊緣以及相交邊緣上的頂點為依據，重新添加三角面片將曲面補全。
[0015]進一步地，所述步驟(I)中將曲面的多邊形面片分割成三角形面片的方法是:在多邊形面片中尋找度數最小的內角，并將該角兩邊所對應的頂點相連，如此可以從多邊形面片上切下一片三角形面片，重復該步驟，直到將多邊形面片劃分成多個三角形面片為止。
[0016]進一步地，在步驟(4)之后，步驟(5)步之前還包括步驟(21)對所有相交線段進行篩選，將長度為O的線段刪除。
[0017]進一步地，在步驟(5)之后，步驟(6)步之前還包括步驟(31)對于相交邊緣上的每條線段，在兩個曲面上分別對應一個三角形面片，若其中的一個或兩個三角形面片滿足分解條件，可對其進行分解，重新選出相交邊緣。
[0018]進一步地，對三角形面片進行分解的方法是將三角形面片的中點相連，則將原三角面片分解成四個細分三角形面片，若相交線段經過至少兩個細分三角形面片，則將相交線段同時進行分割。
[0019]本發(fā)明的精度可控的基于曲面相交的曲面拼接方法，可以近似的將兩個相交的曲面拼接成一個完整的曲面，并去除剩余三角面片。所得到的拼接結果無三角面片缺失，在相交帶之外完全保留了原有曲面的網格情況。而且本方法是精度可控的，在曲面相交的三角片附近，可根據應用需要就行精細劃分，獲取更為準確的結果。該算法思路較為直觀，效率較高，實驗效果良好。可廣泛應用于三維曲面拼接，三維物體求交，求和等場合。
【具體實施方式】
[0020]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0021]—種精度可控的基于曲面相交的曲面拼接方法，包括如下步驟:
[0022](I)將需要拼接的兩相交曲面輸入系統(tǒng)，并對其進行預處理，將曲面的多邊形面片分割成三角形面片；
[0023](2)對兩曲面的三角形面片分別建立軸向平行包圍盒；
[0024](3)利用軸向平行包圍盒相交判定算法，計算出相交包圍盒對；
[0025](4)對于位于相交包圍盒對中的每個三角形面片，分別與其所在的軸向平行包圍盒所對應的相交包圍盒對中的另外一個軸向平行包圍盒中的三角形面片進行相交判定，若有相交，則記錄其相交線段起止點坐標及所處三角形面片的編號；
[0026](5)取出步驟(4)中記錄的一條相交線段，并選出一條相交邊緣，對于每條選出的線段進行標記；
[0027](6)在兩個曲面上，分別刪除組成相交邊緣的相交線段所對應的三角形面片，剩余曲面的邊緣；
[0028](7)將相交邊緣上的所有點分別加入兩曲面成為新頂點；
[0029](8)以剩余曲面的邊緣以及相交邊緣上的頂點為依據，重新添加三角面片將曲面補全。
[0030]所述步驟(I)中將曲面的多邊形面片分割成三角形面片的方法是:在多邊形面片中尋找度數最小的內角，并將該角所對應的頂點相連，如此可以從多邊形面片上切下一片三角形面片，重復該步驟，直到將多邊形面片劃分成多個三角形面片為止。
[0031]在步驟(4)之后，步驟(5)