Globally Consistent Normal Orientation for Point Clouds by Regularizing the Winding-Number Field

沃罗诺图 点云 点(几何) 领域(数学) 计算机科学 拓扑(电路) 集合(抽象数据类型) 方向(向量空间) 几何学 算法 数学 人工智能 组合数学 纯数学 程序设计语言
作者
Rui Xu,Zhiyang Dou,Ningna Wang,Shiqing Xin,Shuangmin Chen,Mingyan Jiang,Xiaohu Guo,Wenping Wang,Changhe Tu
出处
期刊:ACM Transactions on Graphics [Association for Computing Machinery]
卷期号:42 (4): 1-15 被引量:37
标识
DOI:10.1145/3592129
摘要

Estimating normals with globally consistent orientations for a raw point cloud has many downstream geometry processing applications. Despite tremendous efforts in the past decades, it remains challenging to deal with an unoriented point cloud with various imperfections, particularly in the presence of data sparsity coupled with nearby gaps or thin-walled structures. In this paper, we propose a smooth objective function to characterize the requirements of an acceptable winding-number field, which allows one to find the globally consistent normal orientations starting from a set of completely random normals. By taking the vertices of the Voronoi diagram of the point cloud as examination points, we consider the following three requirements: (1) the winding number is either 0 or 1, (2) the occurrences of 1 and the occurrences of 0 are balanced around the point cloud, and (3) the normals align with the outside Voronoi poles as much as possible. Extensive experimental results show that our method outperforms the existing approaches, especially in handling sparse and noisy point clouds, as well as shapes with complex geometry/topology.

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