《面向工程計算的岩體三維重建理論與方法研究》是依託中國科學院大學，由肖俊擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：面向工程計算的岩體三維重建理論與方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：肖俊
- 依託單位：中國科學院大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
面向工程計算的岩體三維重建是工程地質可視化和數值分析的重要基礎。隨著現代非接觸測量設備在地質勘測領域的普及，基於點雲的岩體三維重建已逐漸成為岩體三維重建領域的研究熱點，並面臨諸多亟待解決的問題，本項目將針對這些問題在以下四個方面展開關鍵技術研究：（1）利用基於語義的特徵提取方法和相關機器學習理論等分析植被對岩體表面的遮擋問題，設計可靠魯棒的岩體點雲植被濾波算法，並借鑑圖像修復理論分析濾波後導致的空洞問題，設計對應的空洞修復算法；（2）針對大規模海量點雲的快速配準問題，建立基於最小配準集合的岩體點雲高效配準模型；（3）研究並建立基於混合索引方法的海量點雲三角化並行模型；（4）研究設計結合點雲和圖像處理的結構面自動提取算法和基於耦合機制的岩體三維重建算法，並據此完成面向工程計算的岩體三維重建原型系統。研究成果具有重要的科學意義和套用價值，並可直接套用到工程和科學計算中。
結題摘要
面向工程計算的岩體三維重建是工程地質可視化和數值分析的重要基礎。本項目按照計畫對岩體三維重建的關鍵技術展開了相關研究，實現了預期目標。項目分析了岩體點雲的特點，構建了有效表征岩體特徵的維度特徵，並基於此特徵，提出了2個基於神經網路模型的岩體點雲濾波算法，有效提升了岩體點雲的濾波效果；針對岩體中不規則平面較多的特點，提出了4個性能良好的岩體點雲平面提取算法，分別是基於霍夫變換和區域生長的多尺度平面提取方法、基於隨機採樣一致性和區域生長的平面提取方法、基於主方向估算的岩體點雲平面提取方法和基於多尺度區域生長的岩體點雲平面提取方法，有效解決了岩體平面提取中的過分割和欠分割問題；基於提出的平面提取算法和岩體點雲特點，設計了基於平面提取的配岩體點雲配準算法，同時針對特徵提取困難等問題，分別提出了基於N階完全圖的高效岩體點雲配準算法和面向無靶標輔助的岩體點雲快速配準算法，有效提升了岩體點雲配準精度和效率；基於岩體點雲的鄰域特徵，提出了自適應的孔洞修復算法，該算法在修復孔洞的同時，較好地保留了岩體自身的拓撲結構；針對岩體點雲的海量數據特點，設計了採用分層結構的混合索引方式，並針對海量點雲三角化並行實施中的邊界問題，設計了兩個邊界處理方案；基於所提出的各種算法，設計並開發了一個面向工程計算的岩體點雲三維重建系統，實現了岩體點雲三維重建的整個流程，可直接對岩體點雲進行各種處理並最終重建三維模型。項目研究成果促進了面向工程計算的三維重建技術的深入研究，並可服務於工程和科學計算。
