CN100476350C - 多关联工程图环境下全局坐标的自动定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种关联工程图环境下全局坐标的自动定位方法，该方法通过自动识别工程图中的尺寸线，逐步组合成正交轴网、局部逻辑坐标系和全局逻辑坐标系并记录相应变换矩阵，然后接收任一图纸坐标输入，即可根据对应的变换矩阵计算得到多关联图整合条件下的全局逻辑坐标。本发明的有益之处是，从CAD环境中输入一组以不同比例、方向绘制的关联图，将任一工程图中任一图纸坐标自动精确转换到其对应的全局逻辑坐标，可用于在全局环境下对任一工程对象精确定位，从而节省大量人工计算开销，有效提高计算机辅助设计效率，并可进一步用于三维重建、各种工程数据精确计算等。该方法具有较高的通用性，可适用于多种工程领域。

Description

多关联工程图环境下全局坐标的自动定位方法

技术领域

本发明涉及一种工程图中全局坐标的定位方法，特别是一种多关联工程图环境下全局坐标的自动定位方法。

背景技术

CAD技术目前已广泛应用到包括机械、制造、建筑、电子、化工、道路桥梁在内的多个工程领域。在许多工程应用中(如概预算、招投标等工程数据计算)，经常需要根据某一CAD工程图中的图纸坐标计算出多关联图环境下的全局逻辑坐标，用于对某个工程对象作全局定位或全局坐标下的扣减计算。而一个工程项目往往由多张关联工程图组成；同一张工程图中也可能进一步划分为若干图形上独立、内容上关联的区域，以描述不同侧面。比如表示机械部件的三视图描述(可在一张工程图的不同区域描述，也可分为三张工程图描述)；而要完整描述一栋建筑外观及其内部设计，往往需要数十张相互关联的工程图。根据所描述的内容不同，这些关联工程图可以分别采用不同的图形尺寸与比例来绘制，如可在某张图中以大比例详细绘制某个工程对象的细节部分，而在其它图中该工程对象仅以较小的比例示意性表示其位置和轮廓，也可能出现方向旋转、位置偏移等。因此，给定一工程图中的某一图纸坐标，并不能直接用于精确计算各种工程数据，必须转换到多关联工程图整合条件下的、以尺寸线长度标识字符串为依据的全局逻辑坐标。该转换过程需要一系列的工程图相互比较、参考及坐标转换，人工计算极易产生误差，且效率较低。

发明内容

本发明的目的是针对上述CAD工程图坐标计算与定位方法的现有技术的缺陷，提供一种多关联工程图环境下全局坐标的自动定位方法。

为了实现本发明所述的目的，本发明一种多关联工程图环境下全局坐标的自动定位方法，其特征是在输入工程项目后，还包括以下步骤：(1)取一张工程图，并对该图计算初始阈值d；(2)计算该工程图中所包含的游离标线；(3)对相互平行且投影重叠的游离线条由左至右或由下至上排序；(4)若两根相邻的平行游离线条共享某中部垂直线条，且在交点处可搜索到短斜线，则生成一个候选尺寸线；(5)由一组共享某游离线条的候选尺寸线生成尺寸线组；(6)分别将尺寸线组与临近的长度字符串配对；(7)对每一个尺寸线组，找到与其垂直的所有尺寸线组，并取离其最近的一个，按逆时针次序生成一个正交轴网；(8)比较每个正交轴网，取其尺寸标识范围最大的一个正交轴网作为该工程图的局部逻辑坐标系；记录其它正交轴网相对于局部逻辑坐标系的平移、旋转和缩放变换矩阵M₁；(9)判断判断所述工程项目所有工程图是否遍历结束，如果判断结果为是，则跳至步骤(11)；(10)若上述判断结果为否，则返回步骤(1)；(11)比较每个局部逻辑坐标系，取尺寸标识范围最大的局部逻辑坐标系作为全局逻辑坐标系；记录其它局部逻辑坐标系相对于全局逻辑坐标系的平移、旋转和缩放变换矩阵M₂；生成全局坐标系；(12)从上述全局坐标系中选定一张工程图中的任一图纸坐标(a，b)；(13)搜索该坐标所在的正交轴网，取其相对于该图局部逻辑坐标系的变换矩阵M₁；(14)取该图局部逻辑坐标系相对于全局逻辑坐标系的变换矩阵M₂；(15)根据以下公式：

(a’，b’，1)^T＝M₂·M₁·(a，b，1)^T

定位所述工程图中的选定图纸坐标(a，b)的全局坐标，并输出定位的全局坐标；(16)判断是否需要选取另一张工程图中的任一图纸坐标(a，b)定位，如果判断结果为是，则返回步骤(12)；(17)如果上述判断结果为否，则结束程序。

在所述多关联工程图环境下全局坐标的自动定位方法的步骤(1)中，阈值d的计算方法为该工程图中字符串的平均高度。

在所述多关联工程图环境下全局坐标的自动定位方法的步骤(2)中，还进一步包括以下步骤：(a)在该工程图中对直线段进行端点连接检查，若两端点处无相交线条，则标记其为游离线条，否则标记为排除线条；(b)若某个游离线条长度小于0.5d，或大于3d，则标记为排除线条；(c)若某个游离线条中部无垂直相交线条，则标记为排除线条。

在所述多关联工程图环境下全局坐标的自动定位方法的步骤(3)和步骤(4)中，所述平行游离线条v_i和v_j的角度误差阈值按如下公式计算：

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\ξ}}(v_i,v_j)=\frac{d}{\max (\min (\mathrm{length}\left(v_i\right),\mathrm{length}\left(v_j\right)),d)}*3$

其中length(v_i)、length(v_j)为线条v_i、v_j的长度。

在所述多关联工程图环境下全局坐标的自动定位方法的步骤(3)中，两根平行线条的投影重叠定义为重叠长度占较短线条长度比例大于0.3且小于等于1。

在所述多关联工程图环境下全局坐标的自动定位方法的步骤(4)中，短斜线长度应小于d且大于0.2d。

在所述多关联工程图环境下全局坐标的自动定位方法的步骤(8)中，M₁按如下公式计算：

$M_1=\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\θ}}_1& -\sin {\mathrm{\θ}}_1& -x_1\cos {\mathrm{\θ}}_1+y_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\\ \sin {\mathrm{\θ}}_1& \cos {\mathrm{\θ}}_1& -x_1\sin {\mathrm{\θ}}_1-y_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\\ 0& 0& 1\end{array}\right)$

其中(x₁，y₁)为某一正交轴网在该图局部逻辑坐标系中的原点定位点坐标，θ₁是该正交轴网相对于该图局部逻辑坐标系的逆时针旋转角度。

在所述多关联工程图环境下全局坐标的自动定位方法的步骤(11)中，M₂按如下公式计算：

$M_2=\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\θ}}_2& -\sin {\mathrm{\θ}}_2& -x_2\cos {\mathrm{\θ}}_2+y_2\sin {\mathrm{\θ}}_2\\ \sin {\mathrm{\θ}}_2& \cos {\mathrm{\θ}}_2& -x_2\sin {\mathrm{\θ}}_2-y_2\sin {\mathrm{\θ}}_2\\ 0& 0& 1\end{array}\right)$

其中(x₂，y₂)为某一局部逻辑坐标系的原点相对于全局逻辑坐标系原点的相对坐标，θ₂是该局部逻辑坐标系相对于全局逻辑坐标系的逆时针旋转角度。

有益效果：在CAD环境中输入一组以不同比例、方向绘制的关联图，将任一工程图中任一图纸坐标自动精确转换到其对应的全局逻辑坐标，可用于在全局环境下对任一工程对象精确定位，从而节省大量人工计算开销，有效提高计算机辅助设计效率，并可进一步用于三维重建、各种工程数据精确计算等。该方法具有较高的通用性，可适用于多种工程领域。

附图说明

图1：本发明流程图。

图2：本发明检测出的两个尺寸线组的示例图。

图3：尺寸线组中尺寸线和尺寸标识长度字符串配对示例图。

图4：一张实际工程图的示例图。

图5：本发明对图4局部逻辑坐标系识别后的结果图。

具体实施方式

关联工程图环境下全局坐标的自动定位方法的基本出发点是通过自动识别工程图中的尺寸线，逐步组合成正交轴网、局部逻辑坐标系和全局逻辑坐标系并记录相应变换矩阵，然后接收任一图纸坐标输入，即可根据对应的变换矩阵计算得到多关联图整合条件下的全局逻辑坐标。

如图1所示。图1中的步骤1是初始动作。步骤2输入一工程项目，其中包含一组关联图。步骤3取其中一张工程图。

步骤4由给定工程图计算本图阈值d，该阈值计算方法是取本图中所有字符串，统计其平均高度。各工程图绘制比例、尺寸可能不同，其中一张工程图中的字符串平均高度可用于表征本图与距离相关的阈值。

步骤5在给定工程图中检测游离线条。游离线条定义为两端点处无连接或以任意形状相交的直线段，但其中间位置可以有垂直相交的直线段。游离线条长度范围必须在0.5d与3d之间，以排除过短或过长的直线段。所得游离线条作为候选尺寸线的边界线，因此步骤6将平行且投影重叠的一组游离线条按从左至右(对非竖直线段)或从下至上(对竖直线段)依次排序。在判断两条平行游离线时，所用的角度阈值按如下公式计算：

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\ξ}}(v_i,v_j)=\frac{d}{\max (\min (\mathrm{length}\left(v_i\right),\mathrm{length}\left(v_j\right)),d)}*3$

该公式考虑了游离线段长度及本图平均字符串高度对平行角度阈值的影响，其中的3为初始阈值(单位：度)。投影重叠的判断方法是：取平行游离线条的重叠长度，除以两条平行游离线条中较短线条长度，若所得比例大于0.3且小于等于1，则为投影重叠，否则予以排除。

步骤7在步骤6所得的一组相关平行游离线条中搜索中间位置的共享垂直线，且从其交点处进一步检测是否有短斜线存在，若成功则生成候选尺寸线。其中短斜线定义为长度小于d且大于0.2d的直线段。在所得候选尺寸线基础上，步骤8将共享中部垂直线的一组互相连接的候选尺寸线组合为一个尺寸线组，然后以该共享中部垂直线为基准，在垂直距离阈值1.5*d范围内搜索距离最短的长度标识字符串，并逐一与该尺寸线组中的尺寸线配对。图2给出了自动检测出的两个尺寸线组，其中尺寸标识长度字符串尚未配对。图3在图2基础上完成了尺寸线组中尺寸线和尺寸标识长度字符串配对。尺寸标识长度字符串用于描述逻辑上的全局长度，而非图纸坐标长度。

图1的步骤9在该工程图中以逆时针次序遍历所得尺寸线组，并由两个正交且靠近的尺寸线组生成一个正交轴网。图4表示一张实际工程图的示例图，具体是结构工程图中的板平面图。

步骤10生成该工程图的局部逻辑坐标系，方法是：遍历该图所有已识别的正交轴网，对该正交轴网中的尺寸标识长度字符串累加，取标识范围最大的一个作为该工程图的局部逻辑坐标系。其它各正交轴网按相对于该局部逻辑坐标系的相对平移、旋转及缩放关系，记录其变换矩阵。该变换矩阵可表示为

$M_1=\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\θ}}_1& -\sin {\mathrm{\θ}}_1& -x_1\cos {\mathrm{\θ}}_1+y_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\\ \sin {\mathrm{\θ}}_1& \cos {\mathrm{\θ}}_1& -x_1\sin {\mathrm{\θ}}_1-y_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\\ 0& 0& 1\end{array}\right)$

其中(x₁，y₁)为某一正交轴网在该图局部逻辑坐标系中的原点定位点坐标，θ₁是该正交轴网相对于该图局部逻辑坐标系的逆时针旋转角度。图5在局部逻辑坐标系识别后的结果图；单击可选中整个局部逻辑坐标系，其中对应尺寸线、尺寸线组、正交轴网均呈选中状态。

重复步骤3至步骤10，直至所有工程图被处理，并生成各自的局部逻辑坐标系。然后步骤11判断是否遍历了所有关联工程图，如果判断结果为否，则继续遍历下一张关联工程图；如果判断结果为是，进行步骤12，取其中表示范围最大的一个局部逻辑坐标系作为全局逻辑坐标系，其它各图的局部逻辑坐标系按相对于该全局逻辑坐标系的平移、旋转和缩放关系记录相应变换矩阵。该矩阵可按下式计算：

$M_2=\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\θ}}_2& -\sin {\mathrm{\θ}}_2& -x_2\cos {\mathrm{\θ}}_2+y_2\sin {\mathrm{\θ}}_2\\ \sin {\mathrm{\θ}}_2& \cos {\mathrm{\θ}}_2& -x_2\sin {\mathrm{\θ}}_2-y_2\sin {\mathrm{\θ}}_2\\ 0& 0& 1\end{array}\right)$

其中(x₂，y₂)为某一局部逻辑坐标系的原点相对于全局逻辑坐标系原点的相对坐标，θ₂是该局部逻辑坐标系相对于全局逻辑坐标系的逆时针旋转角度。以此生成多关联工程图环境下工程项目的全局坐标系。

步骤13接收用户的任一图纸坐标输入，比如用户以鼠标点击某一工程图中某一位置图纸位置。在步骤14确定该图纸坐标所属工程图，且步骤15确定该位置所位于的最小的正交轴网后，步骤16按该正交轴网所记录的变换矩阵，将该图纸坐标变换为该图的局部逻辑坐标。最后步骤17按该图的局部逻辑坐标系所记录的变换矩阵，将该局部逻辑坐标变换为全局逻辑坐标，具体按以下公式计算：

(a’，b’，1)^T＝M₂·M₁·(a，b，1)^T

并输出定位的全局坐标；该坐标即为考虑了多关联图全局整合条件下的、由尺寸标识长度字符串所得到的惟一的全局逻辑坐标，可用于全局条件下的定位，且可进一步用户各种工程数据的精确计算。

步骤18，判断是否需要选取另一张工程图中的任一图纸坐标(a，b)定位，如果判断结果为是，则返回步骤13；步骤19，如果上述判断结果为否，则结束程序。

Claims (6)

1、一种多关联工程图环境下全局坐标的自动定位方法，其特征是在输入工程项目后，还包括以下步骤：

(1)取一张工程图，并对该图计算初始阈值d；

(2)计算该工程图中所包含的游离标线；

(3)对相互平行且投影重叠的游离线条由左至右或由下至上排序；

(4)若两根相邻的平行游离线条共享某中部垂直线条，且在交点处可搜索到短斜线，则生成一个候选尺寸线；

(5)由一组共享某游离线条的候选尺寸线生成尺寸线组；

(6)分别将尺寸线组与临近的长度字符串配对；

(7)对每一个尺寸线组，找到与其垂直的所有尺寸线组，并取离其最近的一个，按逆时针次序生成一个正交轴网；

(8)比较每个正交轴网，取其尺寸标识范围最大的一个正交轴网作为该工程图的局部逻辑坐标系；记录其它正交轴网相对于局部逻辑坐标系的平移、旋转和缩放变换矩阵M₁；

(9)判断判断所述工程项目中所有工程图是否遍历结束，如果判断结果为是，则跳至步骤(11)；

(10)若上述判断结果为否，则返回步骤(1)；

(11)比较每个局部逻辑坐标系，取尺寸标识范围最大的局部逻辑坐标系作为全局逻辑坐标系；记录其它局部逻辑坐标系相对于全局逻辑坐标系的平移、旋转和缩放变换矩阵M₂；生成全局坐标系；

(12)从上述全局坐标系中选定一张工程图中的任一图纸坐标(a，b)；

(13)搜索该坐标所在的正交轴网，取其相对于该图局部逻辑坐标系的变换矩阵M₁；

(14)取该图局部逻辑坐标系相对于全局逻辑坐标系的变换矩阵M₂；

(15)根据以下公式：

(a’，b’，1)^T＝M₂·M₁·(a，b，1)^T

定位所述工程图中的选定图纸坐标(a，b)的全局坐标，并输出定位的全局坐标；

(16)判断是否需要选取另一张工程图中的任一图纸坐标定位，如果判断结果为是，则返回步骤(12)；

(17)如果上述判断结果为否，则结束程序；

所述步骤(1)中，阈值d为该工程图中字符串的平均高度；

所述步骤(2)还进一步包括以下步骤：(a)在该工程图中对直线段进行端点连接检查，若两端点处无相交线条，则标记其为游离线条，否则标记为排除线条；(b)若某个游离线条长度小于0.5d，或大于3d，则标记为排除线条；(c)若某个游离线条中部无垂直相交线条，则标记为排除线条。

2、如权利要求1所述的多关联工程图环境下全局坐标系的自动定位方法，其特征是，步骤(3)和步骤(4)中所述平行游离线条v_i和v_j的角度误差阈值按如下公式计算：

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\ξ}}(v_i,v_j)=\frac{d}{\max (\min (\mathrm{length}\left(v_i\right),\mathrm{length}\left(v_j\right)),d)}*3$

其中length(v_i)、length(v_j)为线条v_i、v_j的长度。

3、如权利要求1所述的多关联工程图环境下全局坐标系的自动定位方法，其特征是，在步骤(3)中，两根平行线条的投影重叠定义为重叠长度占较短线条长度比例大于0.3且小于等于1。

4、如权利要求1所述的多关联工程图环境下全局坐标系的自动定位方法，其特征是，在步骤(4)中，短斜线长度应小于d且大于0.2d。

5、如权利要求1所述的多关联工程图环境下全局坐标系的自动定位方法，其特征是，在步骤(8)中，M₁按如下公式计算：

$M_1=\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\θ}}_1& -\sin {\mathrm{\θ}}_1& -x_1\cos {\mathrm{\θ}}_1+y_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\\ \sin {\mathrm{\θ}}_1& \cos {\mathrm{\θ}}_1& -x_1\sin {\mathrm{\θ}}_1-y_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\\ 0& 0& 1\end{array}\right)$

其中(x₁，y₁)为某一正交轴网在该图局部逻辑坐标系中的原点定位点坐标，θ₁是该正交轴网相对于该图局部逻辑坐标系的逆时针旋转角度。

6、如权利要求1所述的多关联工程图环境下全局坐标系的自动定位方法，其特征是，在步骤(11)中，M₂按如下公式计算：

$M_2=\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\θ}}_2& -\sin {\mathrm{\θ}}_2& -x_2\cos {\mathrm{\θ}}_2+y_2\sin {\mathrm{\θ}}_2\\ \sin {\mathrm{\θ}}_2& \cos {\mathrm{\θ}}_2& -x_2\sin {\mathrm{\θ}}_2-y_2\sin {\mathrm{\θ}}_2\\ 0& 0& 1\end{array}\right)$

其中(x₂，y₂)为某一局部逻辑坐标系的原点相对于全局逻辑坐标系原点的相对坐标，θ₂是该局部逻辑坐标系相对于全局逻辑坐标系的逆时针旋转角度。

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