CN110889885B - 一种基于点云切片的三维对象体积计算方法 - Google Patents

Abstract

一种基于点云切片的三维对象体积计算方法，包括以下步骤：S1：点云切片；S2：切片点云数据轮廓边界确定；S3：计算切片面积；S4：计算点云体积。本发明中，点云数据具有高精度、高密度、高还原度的特点，这些特点为空间对象的体积计算提供了必要条件，能有效为三维GIS模型赋予体积属性；本方法采用“切片”的方式将体积计算问题间接转化为切片面积计算，从而大大降低了不规则体体积计算的复杂度，提高了计算效率；本方法采用双向最近点搜索法对点云切片进行排序处理，该方法解决了凹多边形点云切片难以正确排序的难题。本方法实现了对点云切片的形态重构，在此基础上不仅可应用于物体的体积计算，还可实现对三维物体的高效建模重构。

Description

一种基于点云切片的三维对象体积计算方法

技术领域

本发明涉及三维对象体积计算领域，尤其涉及一种基于点云切片的三维对象体积计算方法。

背景技术

传统基于点云数据的空间对象体积计算方法算法复杂度高。由于物体形态各异，对切片得到的平面点云进行排序一直以来是该领域中相对困难的问题现有技术中存在的技术问题。

为解决上述问题，本申请中提出一种基于点云切片的三维对象体积计算方法。

发明内容

(一)发明目的

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种基于点云切片的三维对象体积计算方法。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种基于点云切片的三维对象体积计算方法，包括以下步骤：

S1：点云切片：

纵向切割点云数据，点云高度为H，以h为间距自下而上依次切割点云数据，并得到n组水平点云切片S_i；

其中，n＝H/h；

S_i＝{D(x,y,z)|x,y∈R⁺,z＝(i/n)H,i∈[0,n]}；

S2：切片点云数据轮廓边界确定：采用双向最近点搜索法对单个乱序的点云切片进行排序处理，并确定正确的点云切片外轮廓多边形；

S3：计算切片面积：

平面点云切片排序完成后，该平面点云切片分为m个点组成，计算切片面积公式为：

A_i为点云切片外轮廓对变形围成的面积，x_j、y_j为点云切片外轮廓多边形P_i＝(i∈[0,n])的顶点P_i＝(j∈[0,m])的坐标；i为点云切片编号，j为点云切片外轮廓多边形的顶点编号；

S4：计算点云体积：将各个切片的面积A_i累加，并乘以相邻切片间距h，即可得到物体的体积：

优选的，在S2中，包括以下步骤：

S21：选择轮廓起算点：在切片中任选一点Ps(Pe)作为起点，以距其最近的点Pe为终点生成一条多边线；

S22：搜索最近点，取多边线一端Ps(Pe)，并在剩余的点中找到距离Ps(Pe)最近的点P；

S23：多边线延伸，分别计算Ps和Pe到P的距离：ds和de；

比较ds和de的大小：若ds＜de，则把点P***到Ps前以作为新起点，否则向另一端Pe方向延伸；若de≤ds，则把点P***到Pe前以作为新起点，否则向另一端Ps方向延伸；

S24：判断搜索进程：判断切片上的点是否全部搜索完成；若搜索完成，则结束搜索，并且得到最终点云切片外轮廓边界；若搜索未完成，则跳转至步骤S21，以重复上述步骤至搜索完成。

本发明中，点云数据具有高精度、高密度、高还原度的特点，这些特点为空间对象的体积计算提供了必要条件，能有效为三维GIS模型赋予体积属性；本方法采用“切片”的方式将体积计算问题间接转化为切片面积计算，从而大大降低了不规则体体积计算的复杂度，提高了计算效率；本方法采用双向最近点搜索法对点云切片进行排序处理，该方法解决了凹多边形点云切片难以正确排序的难题。本方法实现了对点云切片的形态重构，在此基础上不仅可应用于物体的体积计算，还可实现对三维物体的高效建模重构。

附图说明

图1为本发明提出的基于点云切片的三维对象体积计算方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1所示，本发明提出的一种基于点云切片的三维对象体积计算方法，包括以下步骤：

S1：点云切片：

纵向切割点云数据，点云高度为H，以h为间距自下而上依次切割点云数据，并得到n组水平点云切片S_i；

其中，n＝H/h；

S_i＝{D(x,y,z)|x,y∈R⁺,z＝(i/n)H,i∈[0,n]}；

S2：切片点云数据轮廓边界确定：采用双向最近点搜索法对单个乱序的点云切片进行排序处理，并确定正确的点云切片外轮廓多边形；

S3：计算切片面积：

平面点云切片排序完成后，该平面点云切片分为m个点组成，计算切片面积公式为：

A_i为点云切片外轮廓对变形围成的面积，x_j、y_j为点云切片外轮廓多边形P_i＝(i∈[0,n])的顶点P_i＝(j∈[0,m])的坐标；i为点云切片编号，j为点云切片外轮廓多边形的顶点编号；

S4：计算点云体积：将各个切片的面积A_i累加，并乘以相邻切片间距h，即可得到物体的体积：

本发明中，点云数据具有高精度、高密度、高还原度的特点，这些特点为空间对象的体积计算提供了必要条件，能有效为三维GIS模型赋予体积属性；本方法采用“切片”的方式将体积计算问题间接转化为切片面积计算，从而大大降低了不规则体体积计算的复杂度，提高了计算效率；本方法采用双向最近点搜索法对点云切片进行排序处理，该方法解决了凹多边形点云切片难以正确排序的难题。本方法实现了对点云切片的形态重构，在此基础上不仅可应用于物体的体积计算，还可实现对三维物体的高效建模重构。

在一个可选的实施例中，在S2中，包括以下步骤：

S21：选择轮廓起算点：在切片中任选一点Ps(Pe)作为起点，以距其最近的点Pe为终点生成一条多边线；

S22：搜索最近点，取多边线一端Ps(Pe)，并在剩余的点中找到距离Ps(Pe)最近的点P；

S23：多边线延伸，分别计算Ps和Pe到P的距离：ds和de；

比较ds和de的大小：若ds＜de，则把点P***到Ps前以作为新起点，否则向另一端Pe方向延伸；若de≤ds，则把点P***到Pe前以作为新起点，否则向另一端Ps方向延伸；

S24：判断搜索进程：判断切片上的点是否全部搜索完成；若搜索完成，则结束搜索，并且得到最终点云切片外轮廓边界；若搜索未完成，则跳转至步骤S21，以重复上述步骤至搜索完成。

需要说明的是，保证切片点云数据轮廓边界确定准确，不会出现错误，保证数据的精准性。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (2)

1.一种基于点云切片的三维对象体积计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：点云切片：

纵向切割点云数据，点云高度为H，以h为间距自下而上依次切割点云数据，并得到n组水平点云切片S_i；

其中，n＝H/h；

S_i＝{D(x,y,z)|x,y∈R⁺,z＝(i/n)H,i∈[0,n]}；

S2：切片点云数据轮廓边界确定：采用双向最近点搜索法对单个乱序的点云切片进行排序处理，并确定正确的点云切片外轮廓多边形；

S3：计算切片面积：

平面点云切片排序完成后，该平面点云切片分为m个点组成，计算切片面积公式为：

A_i为点云切片外轮廓对变形围成的面积，x_j、y_j为点云切片外轮廓多边形P_i＝(i∈[0,n])的顶点P_i＝(j∈[0,m])的坐标；i为点云切片编号，j为点云切片外轮廓多边形的顶点编号；

S4：计算点云体积：将各个切片的面积A_i累加，并乘以相邻切片间距h，即可得到物体的体积：

2.根据权利要求1所述的基于点云切片的三维对象体积计算方法，其特征在于，在S2中，包括以下步骤：

S21：选择轮廓起算点：在切片中任选一点Ps(Pe)作为起点，以距其最近的点Pe为终点生成一条多边线；

S22：搜索最近点，取多边线一端Ps(Pe)，并在剩余的点中找到距离Ps(Pe)最近的点P；

S23：多边线延伸，分别计算Ps和Pe到P的距离：ds和de；

比较ds和de的大小：若ds＜de，则把点P***到Ps前以作为新起点，否则向另一端Pe方向延伸；若de≤ds，则把点P***到Pe前以作为新起点，否则向另一端Ps方向延伸；

S24：判断搜索进程：判断切片上的点是否全部搜索完成；若搜索完成，则结束搜索，并且得到最终点云切片外轮廓边界；若搜索未完成，则跳转至步骤S21，以重复上述步骤至搜索完成。

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