CN101635030A - 面向工程图的视图基环自动匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及面向工程图的视图基环自动匹配方法，步骤是：A客户端输入二维CAD图形文件，读取二维点、线表，并发送到服务器端；B服务器端对二维点表和二维线表进行视图预处理；C服务器端发送请求至客户端，客户端选取一个基视图后发至服务器端；服务器在基视图中进行基环提取D服务器端选择基视图的基环，找出该基环在其余两个视图照射范围内的所有线段，对这些线段进行重叠处理，并在这两个视图中进行基环提取E服务器端将基视图的基环和其他两个视图的基环之间进行匹配，生成三视图匹配基环组。使用上述发明方法能够可以很有效利用已有的产品信息，节省资源成本，大大降低校对工作的复杂性，以及为重建产品提供了性能价格比较高的手段。

Description

面向工程图的视图基环自动匹配方法

技术领域：

本发明涉及面向工程图的视图基环自动匹配方法，该方法可广泛用于工程图纸识别、校对等领域、工业自动化检测以及逆向工程等领域。

背景技术：

在当今的信息社会中，CAD技术在工业设计领域得到了广泛的应用，因为图纸本身的复杂性和技术手段的不断更新(例如在计算机上直接进行三维造型)使得对工程图纸的依赖性减少。但由于大量工程图纸档案的存在，这些工程图纸往往是一个系统或者行业长时间积累下来的，完整的保存了以往的宝贵经验，对以后的设计有很好的借鉴作用。其中相当一部分还会在以后的设计和制造中被修改和重复使用。为了对二维图纸所表达的产品信息进行一些必要的分析和处理，或者在保持设计思想的条件下更方便地对已有产品进行更新升级，以达到节省资源成本的目的，识别工程图纸视图图形元素之间的匹配的方法就是一种很有效的途径。

另外在对现有的二维图纸进行产品计算机三维造型的过程中，需要仔细校对以避免发生错误。但是校对工作又是很繁杂的，强度较大，容易再次出错，费人，费时，费力。因此校对工作影响了整个设计阶段的效率，在碰到复杂形体零件的时候，矛盾极更加突出。因此，应用识别工程图纸视图图形元素之间的匹配的方法，可以大大降低校对工作的复杂性，为重建产品提供了性能价格比较高的手段。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种面向工程图的视图基环自动匹配方法，主要将视图进行分割和判别，视图进行坐标变换，以及在视图中进行基环提取，按一定规则匹配基环并得到最终结果——三视图匹配基环组。

为实现上述目的，本发明是这样实现的：

一种面向工程图的视图基环自动匹配方法，其特征在于它是在由广域网连接的客户端和服务器端之间实现的；它包括如下步骤：

A客户端输入二维CAD图形文件，读取二维点表和二维线表，并发送到服务器端；

B服务器端对二维点表和二维线表进行视图预处理，所述的视图预处理包括：(1)采用包围盒合并方法分割并判别视图，(2)进行坐标转换；

C服务器端发送请求至客户端，客户端选取一个基视图，并将结果发送至服务器端；服务器在基视图中进行基环提取，即提取首尾相连的两两不同的边组成的环；

D服务器端选择基视图的基环，找出该基环在其余两个视图照射范围内的所有线段，对这些线段进行重叠处理，并在这两个视图中进行基环提取；

E服务器端将基视图的基环和其他两个视图的基环之间进行匹配，生成面向工程图的视图基环自动匹配系统的最终结果——三视图匹配基环组。

所述的面向工程图的视图基环自动匹配方法，其特征在于：所述的二维CAD图形文件为DXF(Drawing eXchange File，图形交换文件)格式、IGES(Initial Graphics Exchange Specification，基本图形交换规范)格式或STEP(Standard for The Exchange of Product model data，产品模型数据交换标准)格式。

所述的面向工程图的视图基环自动匹配方法，其特征在于所述的步骤A进一步包括：

A1二维CAD图形文件输入，所述的二维CAD图形文件是由扫描并矢量化得到或者由二维CAD绘图软件产生的；

A2二维点表和二维线表的读取数据，它是客户端根据输入的图形文件，遍历其中的点、线图形元素，采用自动方式初步生成二维点表和二维线表，存贮并发送到服务器端。

所述的面向工程图的视图基环自动匹配方法，其特征在于所述步骤B对视图进行了预处理进一步包括：

B1采用包围盒合并方法分割并判别视图：遍历所有线段，求出线段的包围盒，并判断包围盒之间是否相交，如果相交则将包围盒进行合并；遍历结束得到两两互不相交的三个包围盒，将满足X方向坐标最大的作为侧视图的包围盒，Y方向最小的作为俯视图的包围盒，余下的为正视图的包围盒，则在正视图包围盒内的所有点和线段属于主视图，在侧视图包围盒内的所有点和线段为侧视图，在俯视图包围盒内的所有点和线段为俯视图；

B2进行坐标转换：主视图以该视图包围盒的右下角坐标作为坐标原点、侧视图以该视图包围盒的左下角坐标作为坐标原点、俯视图以该视图包围盒的右上角坐标作为坐标原点，分别进行坐标转换。

所述的面向工程图的视图基环自动匹配方法，其特征在于所述步骤C进一步包括：

C1服务器端发送请求至客户端，客户端选取一个基视图，并将结果发送至服务器端；

C2判断视图类型，若基视图为主视图，则法矢n＝(0，1，0)；若基视图为侧视图，则法矢n＝(1，0，0)；若基视图为俯视图，则法矢n＝(0，0，1)；在基视图中按法矢方向根据极左邻边法则，对视图中的所有线段进行基环提取。

所述的面向工程图的视图基环自动匹配方法，其特征在于所述步骤D进一步包括：

D1选取基视图中的基环，求取基环的包围盒，即X坐标和Y坐标轴方向的最大最小值；

D2根据基视图的视图类别的不同，分别找出该基环在其余两个视图照射范围内的所有线段；

如果基视图为主视图，则找出侧视图中所有Y坐标值在该基环Y坐标方向最大最小值之间的所有线段，俯视图中所有X坐标值在该基环X坐标方向最大最小值之间的所有线段；

如果基视图为侧视图，则找出主视图中所有Y坐标值在该基环Y坐标方向最大最小值之间的所有线段，俯视图中所有Y坐标值在该基环X坐标方向最大最小值之间的所有线段；

如果基视图为俯视图，则找出主视图中所有X坐标值在该基环X坐标方向最大最小值之间的所有线段，侧视图中所有X坐标值在该基环Y坐标方向最大最小值之间的所有线段；

D3对在其余两个视图的找出的线段进行重叠处理，将两两重叠的线段相连生成最长的线段；然后在重叠处理后的线段中进行基环提取。

所述的面向工程图的视图基环自动匹配系统，其特征在于所述步骤E进一步包括：

E1选取基视图中的基环，求取基环的包围盒，即X坐标和Y坐标轴方向的最大最小值；

E2根据下列原则，将基视图的基环和其余两个视图的基环自动匹配；

1)主视图的基环的Y坐标轴方向的最大最小值和侧视图的基环的Y坐标轴方向的最大最小值相同；

2)主视图的基环的X坐标轴方向的最大最小值和俯视图的基环的X坐标轴方向的最大最小值相同；

3)侧视图的基环的X坐标轴方向的最大最小值和俯视图的基环的Y坐标轴方向的最大最小值相同。

藉由上述技术方案，本发明具有如下有益技术效果：

本发明的面向工程图的视图基环自动匹配方法具有适用范围广、精度高，对于工程图纸的识别、校正以及三维重建等工作具有重要意义和实用价值。

附图说明：

图1是本发明方法所采用的硬件拓扑结构；

图2是本发明方法的总流程示意图；

图3是本发明方法中视图分割的流程图；

图4是本发明方法中基环提取的流程图；

图5是本发明方法中基环匹配的子流程图；

图6-1、6-2、6-3是本发明实施例中输入的一个机械零件三视图，其中，图6-1为主视图，图6-2为侧视图，图6-3为俯视图；

图7-1、7-2、7-3是本发明实施例中读取数据并预处理后的三视图；其中，图7-1为主视图，图7-2为侧视图，图7-3为俯视图；

图8-1、8-2、8-3是经过本发明方法得到的第一组视图匹配基环组(用粗线表示)；其中，图8-1为主视图的基环，8-2为侧视图的基环，8-3为俯视图的基环；

图9-1、9-2、9-3是经过本发明方法得到的第二组视图匹配基环组(用粗线表示)；其中，图9-1为主视图的基环，图9-2为侧视图的基环，图9-3为俯视图的基环；

图10-1、10-2、10-3是经过本发明方法得到的第三组视图匹配基环组(用粗线表示)；其中，图10-1为主视图的基环，图10-2为侧视图的基环，图10-3为俯视图的基环；

图11-1、11-2、11-3是经过本发明方法得到的第四组视图匹配基环组(用粗线表示)；其中，图11-1为主视图的基环，图11-2为侧视图的基环，图11-3为俯视图的基环；

图12-1、12-2、12-3是经过本发明方法得到的第五组视图匹配基环组(用粗线表示)；其中，图12-1为主视图的基环，图12-2为侧视图的基环，图12-3为俯视图的基环；

图13-1、13-2、13-3是经过本发明方法得到的第六组视图匹配基环组(用粗线表示)；其中，图13-1为主视图的基环，图13-2为侧视图的基环，图13-3为俯视图的基环。

具体实施方式：

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

本发明的实施例中，采用客户端的硬件拓扑结构如图1所示。客户端输入工程视图，然后通过广域网络传输到服务器端，并且根据服务器端的请求选择基视图，通过广域网络传输到服务器端。服务器端对该工程视图进行视图预处理，得到标准的三视图，然后根据客户端选择的基视图，进行基环提取、重叠线段处理和基环匹配等处理过程。客户端可以采用通用的PC机，也可以是一台独立的服务器构成，其基本要求是具有一定的运算能力、输入输出功能、以及将运算结果通过网络传输出去的功能，并能够接受远程服务器运算的结果。

本实施例中的客户端平台性能如下：

CPU主频：Celon 2.66G；

内存容量：516M；

运行操作系统为Windows XP；

一个并行打印端口，配置为USB端口。

本实施例中的服务器采用HP的ProLiant DL380G4(378735-AA1)，其性能如下：

CPU类型：Xeon DP；

CPU频率(MHz)：3000；

处理器描述：标准处理器数量1；

支持CPU个数：2；

CPU二级缓存：2MB；

运行操作系统为Windows 2003Server。

面向工程图的视图基环自动匹配方法流程如图2所示，各步骤的具体实现细节描述如下：

1、在客户端，输入由扫描工程图纸并矢量化或者由二维CAD绘图软件产生的DXF、IGES、STEP等格式的图形文件，对文件中的点表、线表进行一些处理，得到满足要求的二维点表、线表，具体体现在：

在初始的DXF、IGES、STEP等三视图文件中，点表与线表的结构信息不够完整，不能满足后续处理的要求。为了更好更快地处理二维点和二维线之间的关联关系，使点表、线表的结构更加合理。这个步骤在二维点中添加了该点关联的二维线段索引，同样在二维线段也有相应点的信息，使得数据的检索、处理更方便快捷。

2、服务器端对二维点表和二维线表进行视图预处理，即采用包围盒合并方法分割并判别视图，并对视图进行坐标转换；其过程进一步包括：

如图3所示，遍历所有线段，求出线段的包围盒，并判断包围盒之间是否相交，如果相交则将包围盒进行合并。遍历结束得到两两互不相交的三个包围盒。将满足X方向坐标最大的作为侧视图的包围盒，Y方向最小的作为俯视图的包围盒，余下的为正视图的包围盒。

记录主视图包围盒右下角坐标(x_f，y_f)，即x_f为X方向最大值，y_f为Y方向最小值；侧视图包围盒左下角坐标(x_s，y_s)，即x_s为X方向最小值，y_s为Y方向最小值；俯视图包围盒右上角坐标(x_t，y_t)，即x_t为X方向最大值，y_t为Y方向最大值；

遍历二维点表和二维线段表，选取一个点，坐标为(x_i，y_i)，根据下列条件判断视图类型：

如果[x_i＞x_s]则为侧视图；如果[y_i＜y_t]则为俯视图；其余为正视图；

分割完视图后，可以进入坐标转换的过程了。根据坐标变换矩阵求取三视图上的点在新坐标系下的坐标值。其中：

[X  Y  1]_f＝[x y  1]T_f＝[x_f-x y-y_f 1]    (1)

[X  Y  1]_s＝[x y  1]T_s＝[x-x_s y-y_s 1]    (2)

[X  Y  1]_t＝[x y  1]T_t＝[x_t-x   y_t-y  1]    (3)

最终可以得出二维点表和二维线表的新的坐标表示。

3、服务器端发送请求至客户端，客户端选取一个基视图，并发送至服务器端。服务器在基视图的二维线表中提取所有的基环：其过程进一步包括：

服务器端发送请求至客户端，请求选择：1)基视图为主视图；2)基视图为侧视图；3)基视图为俯视图；客户端选取一个视图作为基视图，并将结果发送至服务器端。如图7-3所示，客户端选择俯视图为基视图，法矢n＝(0，0，1)；服务器端在俯视图中按法矢方向根据极左邻边法则，对视图中的所有线段进行基环提取；如图表4所述流程，初始路径L，选取一条线段Si作为起始线段，加入L中，按法矢方向找出Si的极左邻边Sj并加入L中。设Si＝Sj，继续找Si的极左邻边Sj并加入L中。如果Sj已在路径L中出现，则若Sj为初始线段，则L构成一基环；若Sj不为初始线段，则Sj为桥，必须在路径L中删去，然后递归到上一条线段，重新基环提取。

如图7-3所示，服务器端在俯视图中进行基环提取，共提取出6个基环，分别为基环1(点P1-P8-P7-P3-P4-P6-P5-P2-P1构成的路径)，基环2(圆C37)，基环3(圆C35)，基环4(圆C36)，基环5(圆C38)，基环6(圆C39)；

4、服务器端选择基视图的基环，找出该基环在其余两个视图照射范围内的所有线段，对这些线段进行重叠处理，并进行基环提取；其过程进一步包括：

如图5所述流程，选取基视图中的基环，求取基环的包围盒，根据基视图的视图类别，找出在其他两个视图照射范围内的线段：

对上述基环，求取基环的包围盒Box，找出主视图中满足条件4的所有线段，侧视图中满足条件5的所有线段：

基环的X最小值＜＝线段的X坐标值＜＝基环的X最大值    (4)

基环的Y最小值＜＝线段的X坐标值＜＝基环的Y最大值    (5)

对主视图和侧视图的这些线段进行重叠处理，将两两重叠的线段相连生成最长的线段；如图4所述流程，对这些线段进行基环提取，得到表1如下：

表1

5、服务器端将基视图的基环和上述提取的两个视图的基环之间进行匹配，并生成面向工程图的视图基环自动匹配系统的最终结果——三视图匹配基环组。其匹配条件进一步包括：

1)主视图的基环的Ymax＝侧视图的基环的Ymax，主视图的基环的Ymin＝侧视图的基环的Ymin；

2)主视图的基环的Xmax＝俯视图的基环的Xmax，主视图的基环的Xmin＝俯视图的基环的Xmin；

3)侧视图的基环的Xmax＝俯视图的基环的Ymax，侧视图的基环的Xmin＝俯视图的基环的Ymin；

如表1所述，满足上述匹配条件，得到6个基环匹配组。

综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (7)

1、一种面向工程图的视图基环自动匹配方法，其特征在于它是在由广域网连接的客户端和服务器端之间实现的；它包括如下步骤：

A客户端输入二维CAD图形文件，读取二维点表和二维线表，并发送到服务器端；

B服务器端对二维点表和二维线表进行视图预处理，所述的视图预处理包括：(1)采用包围盒合并方法分割并判别视图，(2)进行坐标转换；

C服务器端发送请求至客户端，客户端选取一个基视图，并将结果发送至服务器端；服务器在基视图中进行基环提取，即提取首尾相连的两两不同的边组成的环；

D服务器端选择基视图的基环，找出该基环在其余两个视图照射范围内的所有线段，对这些线段进行重叠处理，并在这两个视图中进行基环提取；

E服务器端将基视图的基环和其他两个视图的基环之间进行匹配，生成面向工程图的视图基环自动匹配系统的最终结果——三视图匹配基环组。

2、根据权利要求1所述的面向工程图的视图基环自动匹配方法，其特征在于：所述的二维CAD图形文件为DXF格式、IGES格式或STEP格式。

3、根据权利要求1或2所述的面向工程图的视图基环自动匹配方法，其特征在于所述的步骤A进一步包括：

A1二维CAD图形文件输入，所述的二维CAD图形文件是由扫描并矢量化得到或者由二维CAD绘图软件产生的；

A2二维点表和二维线表的读取数据，它是客户端根据输入的图形文件，遍历其中的点、线图形元素，采用自动方式初步生成二维点表和二维线表，存贮并发送到服务器端。

4、根据权利要求1或2所述的面向工程图的视图基环自动匹配方法，其特征在于所述步骤B对视图进行了预处理进一步包括：

B1采用包围盒合并方法分割并判别视图：遍历所有线段，求出线段的包围盒，并判断包围盒之间是否相交，如果相交则将包围盒进行合并；遍历结束得到两两互不相交的三个包围盒，将满足X方向坐标最大的作为侧视图的包围盒，Y方向最小的作为俯视图的包围盒，余下的为正视图的包围盒，则在正视图包围盒内的所有点和线段属于主视图，在侧视图包围盒内的所有点和线段为侧视图，在俯视图包围盒内的所有点和线段为俯视图；

B2进行坐标转换：主视图以该视图包围盒的右下角坐标作为坐标原点、侧视图以该视图包围盒的左下角坐标作为坐标原点、俯视图以该视图包围盒的右上角坐标作为坐标原点，分别进行坐标转换。

5、根据权利要求1或2所述的面向工程图的视图基环自动匹配方法，其特征在于所述步骤C进一步包括：

C1服务器端发送请求至客户端，客户端选取一个基视图，并将结果发送至服务器端；

C2判断视图类型，若基视图为主视图，则法矢n＝(0，1，0)；若基视图为侧视图，则法矢n＝(1，0，0)；若基视图为俯视图，则法矢n＝(0，0，1)；在基视图中按法矢方向根据极左邻边法则，对视图中的所有线段进行基环提取。

6、根据权利要求1或2所述的面向工程图的视图基环自动匹配方法，其特征在于所述步骤D进一步包括：

D1选取基视图中的基环，求取基环的包围盒，即X坐标和Y坐标轴方向的最大最小值；

D2根据基视图的视图类别的不同，分别找出该基环在其余两个视图照射范围内的所有线段；

如果基视图为主视图，则找出侧视图中所有Y坐标值在该基环Y坐标方向最大最小值之间的所有线段，俯视图中所有X坐标值在该基环X坐标方向最大最小值之间的所有线段；

如果基视图为侧视图，则找出主视图中所有Y坐标值在该基环Y坐标方向最大最小值之间的所有线段，俯视图中所有Y坐标值在该基环X坐标方向最大最小值之间的所有线段；

如果基视图为俯视图，则找出主视图中所有X坐标值在该基环X坐标方向最大最小值之间的所有线段，侧视图中所有X坐标值在该基环Y坐标方向最大最小值之间的所有线段；

D3对在其余两个视图的找出的线段进行重叠处理，将两两重叠的线段相连生成最长的线段；然后在重叠处理后的线段中进行基环提取。

7、根据权利要求1或2所述的面向工程图的视图基环自动匹配系统，其特征在于所述步骤E进一步包括：

E1选取基视图中的基环，求取基环的包围盒，即X坐标和Y坐标轴方向的最大最小值；

E2根据下列原则，将基视图的基环和其余两个视图的基环自动匹配；

1)主视图的基环的Y坐标轴方向的最大最小值和侧视图的基环的Y坐标轴方向的最大最小值相同；

2)主视图的基环的X坐标轴方向的最大最小值和俯视图的基环的X坐标轴方向的最大最小值相同；

3)侧视图的基环的X坐标轴方向的最大最小值和俯视图的基环的Y坐标轴方向的最大最小值相同。

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