牙模数据拼合重建系统的研究与实现

摘要

非接触式光学三维测量技术具有非接触、速度快、精度高等特点，近年来在机械设计与制造、航空航天、生物医学工程、计算机视觉与虚拟现实、文物修复等领域的应用越来越广泛。
　　 牙模具有外形复杂且体积小等特点，因此针对牙模的非接触式光学三维测量系统的研究和开发具有重要的理论意义和工程应用价值。
　　 非接触式光学三维测量系统主要有两个部分组成：一是被测物体的表面数据的获取；二是曲面重建。本文的研究工作主要有光学三维测量系统的控制系统、多视点云拼接和以三角网格为基础的曲面重建技术，具体内容涵盖：
　　 (1）设计光学三维测量系统精确稳定的测量转台。主要包括光栅投影模块和电动旋转台控制模块。计算机控制投影仪向被测物体投射4 幅光栅条纹，相机采集经过物体表面高度调制的变形条纹图像转化为三维坐标数据，旋转台在步进电机的控制下，获得被测物体的多个不同视角的数据点云，测量一周后完成物体表面轮廓的360°三维全场测量。
　　 (2）研究点云噪声的去除和多视点云的拼接，用手动选取三个参考点的方法实现点云的预拼接和ICP算法实现多视点云的精确拼接。
　　 (3）用二维Delaunay 三角剖分实现空间散乱点集的三角网格化，该方法克服了三维Delaunay 三角剖分高复杂度和投影Delaunay 三角网格算法质量难以保证的缺点，研究通过对空间散乱数据进行适当分区，提高k 近邻搜索算法的速度。
　　 (4）研究了VTK 可视化类库和HOOPS 3D 图形应用接口与Microsoft Visual Studio .NET2003的系统整合。
　　 (5）开发了三维重建软件原型系统，并用该系统对牙模的点云数据进行了拼合和重建，取得了很好的效果。