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点云曲面的几何图象表示及其应用

张明礼  
【摘要】: 随着三维模型获取技术的快速发展以及三维模型在CAD、计算机图形学中的广泛应用,点云曲面(Point Cloud Surface)逐渐成为三维模型的主要表示方法之一,点云曲面在逆向工程、动画、工程领域的应用也越来越广泛。从模型表示的角度看,点云曲面是三维模型最初的、最直接的表示。然而高密度点云曲面带来的大数据量,给点云曲面模型的存储及传输都带来了问题。本文从模型表示的角度进行了研究,提出了点云曲面的几何图象表示方法。 本文通过球面极坐标将点云曲面的几何信息及表面属性信息映射到二维图象中去。根据笛卡尔坐标和极坐标之间的转换关系,三维坐标[x,y,z]首先被转换成[r,φ,θ],其中[φ,θ]被转换成几何图象中的象素坐标,r转换为该象素的灰度值,生成几何图象。为了解决用一幅图象表示复杂的点云曲面时的信息损失的问题,提出了多层次图象的方法。 点云曲面的复合图象表示方法,首先把点云曲面中点的笛卡尔坐转换为球面极坐标,分别把球面极坐标[r,φ,θ]中的一个坐标转换为象素的灰度值,另外两个量转换为该象素的坐标,这样就可以得到三幅不同的图象,把这三幅灰度图象分别对应到彩色图象的R,G,B中去,就组合成为一幅复合彩色图象。 点云曲面的网络渐进传输,基于点云曲面的复合几何图象表示。针对点云曲面几何图象的特点,利用改进的金字塔层次图象和向量量化的方法,实现了几何图象的渐进传输。接收端根据接收到的图象编码,重建出不同分辨率的几何图象,继而实时地重建出点云曲面系列:最初重建的点云曲面具有粗略轮廓和结构特征,后续点云曲面的细节会逐渐得到丰富,直到全部几何图象传输完毕,重建出原始点云曲面,从而实现了点云曲面的渐进传输。 在点云曲面的几何图象表示的基础上,实现了点云曲面的其它一些应用,如压缩、简化等。 本文首先介绍了点云曲面的有关概念和研究成果等。在第二章介绍了笛卡尔极坐标之间的转换模型,提出了点云曲面的多层次几何图象表示方法;第三 摘要 章提出了点云曲面的复合几何图象表示方法;第四章实现了点云曲面的渐进传 输;第五章给出了几何图象的其它应用,如:简化、压缩等;在第六章给出了 结论与展望。


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