【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地质工程、测绘工程，特别是涉及一种基于剖面轮廓多特征约束的三维快速建模方法。
技术介绍
1、基于物体剖面轮廓的表面重建是面绘制的重要方法，其通过在相邻轮廓线的顶点间生成一系列三角面片来构成物体表面，广泛应用于地质信息科学、地球物理勘探、测绘工程等领域的三维建模与数值模拟。点集优化与三角网拼接作为该方法的核心内容，主要研究对象为特征量度和约束集，关键是实现对剖面特征的有效表达和约束条件的量化描述。研究表明：受限于地质环境和勘察技术的局限，重建基于的轮廓顶点集存在分布稀疏且散乱等问题，缺乏对轮廓形状的完整表征和对轮廓线间形态的严密约束，需要通过插值实现点分布的均衡与密集；在三角网拼接中，单一约束规则往往出现失衡，需要增加约束条件以实现局部过渡的平滑和整体形态的一致。
2、围绕点群优化的研究有很多，如刘刚等通过中点插值迭代以削弱长边和统一轮廓线的特征点数量；孙立双等通过周长投影插值以增强特征点在距离层面的分布均衡性；孟耀伟，孙毅中提出自适应插值算法，依据编织比例的一致性进行加密，增强了特征点分布与镶嵌顺序的一致性，提高了同步前进法的严密性；马洪滨,郭甲腾依据最近邻规则搜寻控制点，使用坐标变化、缩放与平移重构点集的索引与坐标，削弱了点集间的空间异质性；杨洋等依据同步前进规则构建点间映射关系，通过映射函数插值生成过渡轮廓，削弱了剖面稀疏和分布差异大造成的影响；hiroyuki和yoichi依据笛卡尔坐标和切向角，基于圆弧样条插值和三次hermite样条插值，提供了控制点稀疏情形下的轮廓优化途径；黄继先等针对最短对
3、三角网拼接的优化目标和约束条件主要分为面向三角网整体性质和基于单一三角面片性质。前者依据三角网表面积最小、体积最大、跨距总长度最小等约束构建特征量度的无向图并搜寻最小生成树，相关研究充分应用了蚁群优化、遗传优化、动态规划、神经网络、二次匹配、hausdorff距离等几何、数学、运算模型，显著削弱了非邻接跨距相交和三角网退化区域随机性强等缺陷，但存在过程繁琐、建模效率低、算力要求高等问题。应用于简单模型时造成计算资源浪费，对复杂表面则不如体素类面绘制方法，难以实现实时建模与动态过程模拟。后者因在时间与空间复杂度上的显著优势而应用广泛，其核心是构建起始跨距和完成后续拼接，前者的合理性与全局最优程度极大影响后续拼接，后者的关键则是通过特征量度及约束条件控制基本三角面片的生成和镶嵌。现有研究聚焦于后续拼接而对起始跨距关注不够，通过距离相关矩阵和最小距离法搜寻起始跨距，围绕侧重基本三角面片生成的最短对角线法和关注镶嵌过程的同步前进法进行改进，充分讨论了基于距离及其测度的特征量度和约束条件，并尝试引入控制线以实现对两者的兼顾。文献分析及算例测试表明：点集的稀疏性会降低距离相关矩阵的有效性而导致起始跨距合理性下降，单一约束条件因难以兼顾而造成局部跨距扭曲、锥状表面、映射关系多对一、整体连接紊乱等问题，人工添加控制线则降低了算法的自适应性，距离量度因缺乏对形状的有效表征而无法将点集的分布特征与集间的相似度纳入约束条件。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提出一种基于剖面轮廓多特征约束的三维快速建模方法，聚焦于轮廓重建的两个重要组成部分：由剖面二维轮廓线数据通过轮廓拼接重构物体三维表面是重要的面绘制方法，包含轮廓的对应、拼接、分支三个子问题，特征点集的优化、对应点匹配，三角网拼接是轮廓拼接问题的核心。现有方法基于距离及其测度等特征量度和单一约束条件，未考量轮廓线的形状和约束规则的鲁棒性，在离散特征点稀疏，分布不均，相邻轮廓线间距较远且特征点分布差异大等情形时出现跨距扭曲、生成大量退化三角形、三角片重叠与间断等问题。本专利技术利用最近邻迭代生成起始跨距作为点对匹配的基础；基于轮廓形状特征的量化，通过等角度投影插值和角平分线插值构造辅助点以规避点对匹配中的多对一问题；针对复杂凹轮廓和特征点扁平分布情形下角度失效，利用距离等分插值增强匹配的合理性；针对层间约束不足利用反距离定权插值进行轮廓加密；依据最近邻迭代生成起始跨距和等角度映射生成控制跨距提供全局约束，通过最短对角线规则生成剩余跨距提供局部约束。实验结果表明，本算法能兼顾基本三角面片的性质与镶嵌过程，实现形状相似度低且点数互异的稀疏轮廓线离散点的重建，有效解决稀疏剖面下的复杂表面重建问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种基于剖面轮廓多特征约束的三维快速建模方法，包括：
4、基于地质体剖面的钻孔空间信息数据，提取预设关键点构建地质体剖面的离散点集合；
5、对所述离散点集合搜寻轮廓线的起始点对，并统一相邻点集合的绕行方向；
6、基于所述起始点对和绕行方向构建初始相邻轮廓点集，对所述初始相邻轮廓点集进行多特征约束的辅助点插值，构建一对一的不同轮廓的顶点的对应关系；
7、对辅助点插值后的轮廓点集进行层间插值，获取新的轮廓；
8、基于最短对角线约束，对层间插值后的轮廓点集进行三角网拼接。
9、可选地，提取预设关键点构建地质体剖面的离散点集合包括：
10、利用多边形演化方法计算源多边形上各点对形状的影响权重，去掉权重低于预设阈值的点，提取出影响形状的预设关键点作为地质体剖面的离散点集合。
11、可选地，对所述离散点集合搜寻起始点对，并统一相邻点集合的绕行方向包括：
12、使用三维欧式距离的相似度搜寻起始点对，将所述离散点集合复制到辅助空间，对辅助空间进行内插加密处理，使用最大相似度获取起始点对的索引并设置为初始点对，以设置的初始点对为起点重新调整离散点集合的索引，使用一个点集中相邻的三个点构建出两个向量并计算叉积获取其绕行方向，统一相邻点集合的绕行方向。
13、可选地，对辅助空间进行内插加密处理的算法为:
14、
15、其中，和表示轮廓li与lj的边长平均值，m表示li中的顶点数量，h表示遍历边长集合所需要的参数，表示轮廓li的边集合中索引为h的元素，n表示一条轮廓的特征点数量，k表示遍历边长集合所需要的参数，表示轮廓lj的边集合中索引为k的元素，表示计算出的跨距长度最小的跨距的一个端点，表示用于遍历点间距离所需要的参数，表示一个顶点，表示点到任意一组原始点群组成的邻接点的距离和，表示前文指出的距离和与这组邻接点的距离的差的绝对值。
16、可选地，对所述初始相邻轮廓点集进行多特征约束的辅助点插值包括:进行等角度投影插值、角平分线插值、最小边基准插值；
17、所述等角度投影插值为：本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于剖面轮廓多特征约束的三维快速建模方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于剖面轮廓多特征约束的三维快速建模方法，其特征在于，提取预设关键点构建地质体剖面的离散点集合包括：
3.根据权利要求1所述的基于剖面轮廓多特征约束的三维快速建模方法，其特征在于，对所述离散点集合搜寻起始点对，并统一相邻点集合的绕行方向包括：
4.根据权利要求3所述的基于剖面轮廓多特征约束的三维快速建模方法，其特征在于，对辅助空间进行内插加密处理的算法为:
5.根据权利要求1所述的基于剖面轮廓多特征约束的三维快速建模方法，其特征在于，对所述初始相邻轮廓点集进行多特征约束的辅助点插值包括:进行等角度投影插值、角平分线插值、最小边基准插值；
6.根据权利要求1所述的基于剖面轮廓多特征约束的三维快速建模方法，其特征在于，对辅助点插值后的轮廓点集进行层间插值包括：
7.根据权利要求1所述的基于剖面轮廓多特征约束的三维快速建模方法，其特征在于，对层间插值后的轮廓点集进行三角网拼接包括：
8.根据权利要求1所述的基于
...【技术特征摘要】
1.一种基于剖面轮廓多特征约束的三维快速建模方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于剖面轮廓多特征约束的三维快速建模方法，其特征在于，提取预设关键点构建地质体剖面的离散点集合包括：
3.根据权利要求1所述的基于剖面轮廓多特征约束的三维快速建模方法，其特征在于，对所述离散点集合搜寻起始点对，并统一相邻点集合的绕行方向包括：
4.根据权利要求3所述的基于剖面轮廓多特征约束的三维快速建模方法，其特征在于，对辅助空间进行内插加密处理的算法为:
5.根据权利要求1所述的基于剖面轮廓多特征约...
【专利技术属性】
技术研发人员：简兴祥，姚锦鹏，赵阳，李军，徐征伟，何梦语，段芸，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：
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