n维海量点云的R树形位多目标结点分裂方法技术

本发明专利技术提供一种n维海量点云的R树形位多目标结点分裂方法，属于产品逆向工程领域，用于解决n维海量点云R树索引的构建问题，其特征在于：将点云文件中的点数据读取到线性表存储结构中；将线性表中的点数据逐一插入R树索引中；若结点发生上溢，则将上溢结点进行分裂；选取位置分布函数与形状分布函数均为最小化的轴为分裂轴；将上溢结点子结点按其包围盒中心点在分裂轴方向的坐标分量升序排序，并以非根结点中所允许的最小结点个数为限制条件产生候选分裂解集Q；获取Q的Pareto最优解集P，并将P中Silhouette值最大的值作为结点分裂结果。该方法可为逆向工程中实物表面海量采样数据构建R树索引，所构建的R树索引具有构建效率快、数据查询效率快等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供一种n维海量点云的R树形位多目标结点分裂方法，属于产品逆向工程领域。
技术介绍
R树索引结构能够很好地满足曲面重建过程中的空间点、三角面片、分片曲面等数据的动态插入、删除、查询等操作需求，其广泛应用于CAD/CAM、地理信息系统、医学图像分析、古建筑修复等领域。对于目前有关R树结点分裂算法的文献检索发现，Sellis等在学术期刊《Computer Science Department》上发表的学术论文“The R+-tree: A dynamic index for multi-dimensional objects”中提出的R+树将某一特定数据对象存储于多个叶索引结点中，避免了兄弟结点之间的重叠，改善了R树的检索效率。Beckmann等在论文集《Proceedings of the 2009 ACM SIGMOD International Conference on Management of data》2009：799-812上发表的学术论文“A revised r*-tree in comparison with related index structures”中提出的RR*树结点分裂时根据结点包围盒初始中心加权偏移选取最优分裂解， 使得数据插入与空间查询效率明显提高。Theodoridis等在论文集《Advances in Databases and Information Systems》2002：149-162上发表的学术论文“Revisiting r-tree construction principles”中提出的CR树将传统的两簇分裂转变为多簇分裂，利用k均值聚类算法获取分裂解，降低了分裂过程中的计算代价，提高了建树效率，不需要强制重插等复杂技术。Sleit等在学术期刊《Journal of Information Science》2014，40(2)：222-236上发表的学术论文“Corner-based splitting: An improved node splitting algorithm for R-tree”中提出的CBS树分裂结点时以每个结点包围盒顶点为分类中心，利用对角顶点聚类实现结点分裂，减少了候选解，提高了建树效率。上述R树变体在结点分裂时对R树结构所采用的优化策略本质上是多目标优化策略. 对于分裂所得的两个或更多个新结点，至少需对它们的包围盒空间及包围盒之间的重叠空间进行最小化优化。实践表明，这一多目标优化策略能够在一定程度上改善R树结构，因此， 可将结点分裂问题视为一个多目标优化问题来解决。现有的主流R树变体是将这一多目标优化问题转换为一系列级联的单目标优化问题来解决的，即主观的对多个目标予以主次划分，逐一优化。由于结点分裂过程中所涉及的各个优化目标并非彼此独立，它们之间存在一定的相关性，采用级联的单目标优化方法的求解结果可能导致最优性只满足了某个主要目标，而在其他目标上表现却很差。综上所述，对于结点分裂时的多目标优化策略已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种n维海量点云的R树形位多目标结点分裂方法，该方法利用Pareto优化方法求解结点分裂多目标优化问题，并根据子结点的位置与形状信息进行选取分裂轴前序优化，其技术方案为：一种n维海量点云的R树形位多目标结点分裂方法，其特征在于步骤依次为：一、将点云数据文件中的数据点添加到线性表存储结构中；二、将线性表中的数据点逐一插入R树索引中，若结点发生上溢，则对上溢结点进行选轴分裂：a) 将子结点按其包围盒中心点在各轴向的坐标分量升序排序，并以下溢参数为限制条件产生各轴向的候选分裂解集；b) 选取候选分裂解集所占据空间最小的轴为分裂轴；c) 获取分裂轴轴向的候选分裂解集；d) 从c)获取的候选分裂解集中选取结点包围盒空间区域与重叠空间区域均最小化的候选分裂解为结点分裂结果。为实现专利技术目的，所述的n维海量点云的R树形位多目标结点分裂方法，其特征在于步骤二中的步骤b)中，综合考虑上溢结点子结点的位置与形状信息实现分裂轴的选取，其步骤具体为：(1) 设上溢结点子结点包围盒中心点集{ci本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种n维海量点云的R树形位多目标结点分裂方法，其特征在于步骤依次为：一、将点云数据文件中的数据点添加到线性表存储结构中；二、将线性表中的数据点逐一插入R树索引中，若结点发生上溢，则对上溢结点进行选轴分裂：a) 将子结点按其包围盒中心点在各轴向的坐标分量升序排序，并以下溢参数为限制条件产生各轴向的候选分裂解集；b) 选取候选分裂解集所占据空间最小的轴为分裂轴；c) 获取分裂轴轴向的候选分裂解集；d) 从c)获取的候选分裂解集中选取结点包围盒空间区域与重叠空间区域均最小化的候选分裂解为结点分裂结果。

【技术特征摘要】
1.一种n维海量点云的R树形位多目标结点分裂方法，其特征在于步骤依次为：一、将点云数据文件中的数据点添加到线性表存储结构中；二、将线性表中的数据点逐一插入R树索引中，若结点发生上溢，则对上溢结点进行选轴分裂：a) 将子结点按其包围盒中心点在各轴向的坐标分量升序排序，并以下溢参数为限制条件产生各轴向的候选分裂解集；b) 选取候选分裂解集所占据空间最小的轴为分...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙殿柱，聂乐魁，李延瑞，薄志成，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37