CN103377303A - 曲面量测系统及方法 - Google Patents

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吴新元
杨路
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Abstract

一种曲面量测系统及方法，包括：构建三角网格化曲面的最大包围盒，并分割成子包围盒；将每个子包围盒及与之相交的三角形相关联；当量测点有搜索方向向量时，以量测点为起点，以搜索方向向量为方向，构建射线；按照相交的顺序获取与射线相交的子包围盒，并依次获取与子包围盒相关联的三角形，记录射线与三角形的交点坐标以及该三角形的法向量；及当量测点没有搜索方向向量时，以量测点为中心构建立方体区域，获取与立方体区域相交的子包围盒及与每个子包围盒关联的三角形，计算量测点与每个三角形的重心的距离，从中选择最短距离，记录该最短距离所对应的三角形的重心及三角形的法向量。本系统及方法能够实现量测点的自动采集。

Description

曲面量测系统及方法
技术领域
本发明涉及一种影像量测系统及方法，尤其涉及一种自动寻点、寻向量的曲面量测系统及方法。
背景技术
在传统的曲面量测过程中，通常需要人工操作在物体的曲面上采集量测点。所谓人工操作包括量测人员手动操作量测机台的操控杆，使得操控杆末端的探针接触待测物体的曲面以采集待测的量测点。由于量测人员不能确定待测量测点的方向向量，因此，所采集到的量测点可能并不准确。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种曲面量测系统及方法，通过离线编程技术确定每个量测点的曲面坐标及方向向量，以实现量测点的自动采集。
一种曲面量测方法，运行于计算设备中，该方法包括：(a)载入待量测物体的CAD模型中的一个三角网格化曲面以及一组量测点；(b)构建上述三角网格化曲面的最大包围盒，根据该三角网格化曲面中所包括的三角形的数目将该最大包围盒分割成若干子包围盒；(c)获取与每个子包围盒相交的一个或者多个三角形，并将每个子包围盒及与之相交的三角形相关联；(d)从所载入的量测点中选择其中一个量测点，并获取该量测点的搜索方向向量；(e)以所选择的量测点为起点，以该量测点的搜索方向向量为方向，构建一条射线；(f)按照相交的顺序依次获取与所述射线相交的子包围盒；(g)根据上述子包围盒的获取顺序，选择其中一个子包围盒，并获取与所选择的子包围盒相关联的一个或者多个三角形；(h)当所述射线与所选择的子包围盒相关联的其中一个三角形不存在交点时，重复执行步骤(g)；(i)当所述射线与所选择的子包围盒相关联的其中一个三角形存在交点时，将所述射线与三角形的交点坐标以及该三角形的法向量记录在一个档案中；及(j)重复步骤(d)至(i)直至所载入的所有量测点都选择完毕。
一种曲面量测方法，运行于计算机中，该方法包括：(a)载入待量测物体的CAD模型中的一个三角网格化曲面以及一组量测点；(b)构建上述三角网格化曲面的最大包围盒，根据该三角网格化曲面中所包括的三角形的数目将该最大包围盒分割成若干子包围盒；(c)获取与每个子包围盒相交的一个或者多个三角形，并将每个子包围盒及与之相交的三角形相关联；(d)从所载入的量测点中选择其中一个量测点；(e)以所选择的量测点为中心，以N个单位长度为边长构建一个立方体区域；(f)获取与所述立方体区域相交的所有子包围盒；(g)获取与上述每个子包围盒相关联的一个或者多个三角形；(h)计算所选择的量测点与上述获取的每个三角形的重心的距离，并从中选择其中的最短距离；(i)将上述最短距离所对应的三角形的重心坐标及三角形的法向量记录在一个档案中；及(j)重复步骤(d)至(i)直至所载入的所有量测点都选择完毕。
一种曲面量测系统，运行于计算设备中，该系统包括：载入模块：用于载入待量测物体的CAD模型中的一个三角网格化曲面以及一组量测点；包围盒构建模块：用于构建上述三角网格化曲面的最大包围盒，根据该三角网格化曲面中所包括的三角形的数目将该最大包围盒分割成若干子包围盒；关联模块：用于获取与每个子包围盒相交的一个或者多个三角形，并将每个子包围盒及与之相交的三角形相关联；选择模块：用于从所载入的量测点中选择其中一个量测点；及第一寻点寻向量模块：用于当上述选择的量测点有预设的搜索方向向量时，以所选择的量测点为起点，以该量测点的搜索方向向量为方向，构建一条射线；按照相交的顺序依次获取与所述射线相交的子包围盒根据上述子包围盒的获取顺序，依次选择其中一个子包围盒，并获取与所选择的子包围盒相关联的一个或者多个三角形，将所述射线与三角形的交点坐标以及该三角形的法向量记录在一个档案中。
一种曲面量测系统，运行于计算设备中，该系统包括：载入模块：用于载入待量测物体的CAD模型中的一个三角网格化曲面以及一组量测点；包围盒构建模块：用于构建上述三角网格化曲面的最大包围盒，根据该三角网格化曲面中所包括的三角形的数目将该最大包围盒分割成若干子包围盒；关联模块：用于获取与每个子包围盒相交的一个或者多个三角形，并将每个子包围盒及与之相交的三角形相关联；选择模块：用于从所载入的量测点中选择其中一个量测点；及第二寻点寻向量模块：用于当上述选择的量测点没有预设的搜索方向向量时，以所选择的量测点为中心，以N个单位长度为边长构建一个立方体区域，获取与所述立方体区域相交的所有子包围盒及与上述每个子包围盒相关联的一个或者多个三角形，计算所选择的量测点与上述获取的每个三角形的重心的距离，并从中选择其中的最短距离，将上述最短距离所对应的三角形的重心坐标及三角形的法向量记录在一个档案中。
相较于现有技术，本发明所述的曲面量测系统及方法采用三次元离线编程技术确定每个量测点的曲面坐标及方向向量，以实现量测点的自动采集，大大提高了测量点的采集效率及准确性。
附图说明
图1是本发明曲面量测系统较佳实施例的运行环境示意图。
图2是图1中曲面量测系统较佳实施例的功能模块图。
图3A至3C是本发明曲面量测方法较佳实施例的流程图。
图4是最大包围盒的一个示例。
图5是射线与最大包围盒相交的示意图。
图6演示了依次与射线的相交的子包围盒。
图7是以N个单位长度为边长构建立方体区域的示意图。
主要元件符号说明
  计算设备   1
  曲面量测系统   10
  存储设备   11
  处理器   12
  显示设备   13
  载入模块   100
  包围盒构建模块   101
  关联模块   102
  选择模块   103
  第一寻点寻向量模块   104
  第二寻点寻向量模块   105
  判断模块   106
  自动量测模块   107
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
如图1所示，是本发明曲面量测系统较佳实施例的运行环境示意图。所述的曲面量测系统10运行于计算设备1上。所述计算设备1可以是计算机等具有数据处理功能的电子设备。所述的计算设备1还包括存储设备11、处理器12，及显示设备13。
所述的曲面量测系统10包括多个由程序段所组成的功能模块(详见图2)，用于确定每个需要进行量测的量测点的曲面坐标及方向向量等。
所述存储设备11用于存储所述曲面量测系统10中的各个程序段的程序代码。该存储设备11可以为智能媒体卡(smart media card)、安全数字卡(secure digital card)、快闪存储器卡(flash card)等储存设备。该存储设备11还用于存储曲面量测系统10所需的各种量测数据，如待量测物体的CAD模型、需要进行量测的量测点等。
所述处理器12用于执行所述曲面量测系统10中各个程序段的程序代码，以实现曲面量测系统10的中各功能模块的功能(详见图3中描述)。
所述的显示设备13用于显示计算设备1的可视化数据，例如，待量测物体的CAD模型等。
如图2所示，是本发明曲面量测系统较佳实施例的功能模块图。所述的曲面量测系统10包括载入模块100、包围盒构建模块101、关联模块102、选择模块103、第一寻点寻向量模块104、第二寻点寻向量模块105、判断模块106及自动量测模块107。
如上所述，以上各模块均以程序代码或指令的形式存储在计算设备1的存储设备11中或固化于该计算设备1的操作系统中，并由该计算设备1的处理器12所执行。以下结合图3A至图3C对曲面量测系统10中的各功能模块进行详细说明。
如图3A至3C所示，是本发明曲面量测方法较佳实施例的流程图。
步骤S1，载入模块100从存储设备11中载入待量测物体的CAD模型中的一个三角网格化曲面以及一组量测点。所谓三角网格化曲面是指由多个三角形所组成的曲面。
步骤S2，包围盒构建模块101构建上述三角网格化曲面的最大包围盒，根据该三角网格化曲面中所包括的三角形的数目将该最大包围盒分割成若干子包围盒，并给每个子包围盒编号。
所述包围盒构建模块101获取三角网格化曲面的最小边界点(X1，Y1，Z1)及最大边界点(X2，Y2，Z2)，根据该最小边界点及最大边界点构建由(X1，Y1，Z1)、(X1，Y1，Z2)、(X1，Y2，Z1)、(X1，Y2，Z2)、(X2，Y2，Z2)、(X2，Y2，Z1)、(X2，Y1，Z2)、及(X2，Y1，Z1)八个点组成的最大包围盒。此外，所述包围盒构建模块101将三角网格化曲面中所包括的三角形的数目开立方，得到的结果再四舍五入，得到最大包围盒在X、Y、及Z轴方向应该分割的平均段数。例如，若所述三角形的数目为500个，则所述最大包围盒在X、Y、及Z轴方向应该分割的平均段数为8，从而将该最大包围盒分割成512个子包围盒。所述最大包围盒的一个示例可以参照参阅图4所示，其中，三角网格化曲面的最小边界点及最大边界点为别为(0，0，0)及(8，6，4)。
步骤S3，关联模块102获取与每个子包围盒相交的一个或者多个三角形，并将每个子包围盒及与之相交的三角形相关联，并将该关联关系存储到存储设备11中。
步骤S4，选择模块103从所载入的量测点中选择其中一个量测点，获取该量测点的坐标及搜索方向向量。所述搜索方向向量可以是X轴方向向量、Y轴方向向量或者Z轴方向向量。该搜索方向向量由用户预先设定。
步骤S5，选择模块103判断所述搜索方向向量是否能够获取。若用户预先设定了上述所选择的量测点的搜索方向向量，则选择模块103就能够获取所述搜索方向向量，流程进入图3B。若用户没有预先设定上述所选择的量测点的搜索方向向量，则选择模块103不能获取所述搜索方向向量，流程进入图3C。
在图3B中，步骤S6，第一寻点寻向量模块104以所选择的量测点为起点，以该量测点的搜索方向向量为方向，构建一条射线。
步骤S7，第一寻点寻向量模块104判断上述射线与所述三角网格化曲面的最大包围盒是否有相交。所述射线与最大包围盒的相交如图5所示。若没有相交，则执行下述的步骤S13。否则，若有相交，则执行步骤S8。
在步骤S8中，第一寻点寻向量模块104按照相交的顺序依次获取与所述射线相交的子包围盒。参阅图6所示，按照与所述射线的相交的顺序，依次获取的子包围盒分别为左下方、左上方及右上方的三个子包围盒。
步骤S9，第一寻点寻向量模块104根据上述子包围盒的获取顺序，依次选择其中一个子包围盒，如首先选择图6中左下方的子包围盒，再选择左上方的子包围盒，及最后选择右上方的子包围盒。
步骤S10，第一寻点寻向量模块104根据存储设备11中存储的关联关系，获取与所选择的子包围盒相关联的一个或者多个三角形。
步骤S11，第一寻点寻向量模块104判断所述射线是否与所选择的子包围盒相关联的其中一个三角形存在交点。如图6中，所述射线与左下方的子包围盒相关联的三角形存在交点。若存在这样的交点，则执行步骤S12。否则，若不存在交点，则返回步骤S9。
在步骤S12中，第一寻点寻向量模块104将所述射线与三角形的交点坐标以及该三角形的法向量记录在一个档案(如文本文档，以下以“文本文档”为例进行说明)中。其中，所述交点坐标即为所选择的量测点的曲面坐标，及所述三角形的法向量即为所选择的量测点的方向向量。
在步骤S13，判断模块106判断是否还有其他的量测点没有选择过。若有这样的量测点，则流程返回图3A中的步骤S4。否则，若没有这样的量测点，则执行步骤S14。
在步骤S14中，自动量测模块107根据所述文本文档中记录的坐标及对应的向量控制量测机台(图1未示)在待测物体上采集量测点。
在图3C中，步骤S15，第二寻点寻向量模块105以所选择的量测点为中心，以N个单位长度为边长构建一个立方体区域。所述N的初始值为1单位长度，并根据构建所述立方体的次数以所述单位长度为步长递增，如图7所示。所述单位长度为1毫米。
步骤S16，第二寻点寻向量模块105判断所述立方体区域与三角网格化曲面的最大包围盒是否有相交。若没有相交，则重复执行上述的步骤S15。若有相交，则执行步骤S17。
在步骤S17，第二寻点寻向量模块105获取与所述立方体区域相交的所有子包围盒。
步骤S18，第二寻点寻向量模块105获取与上述每个子包围盒相关联的一个或者多个三角形。
步骤S19，第二寻点寻向量模块105计算所选择的量测点与上述获取的每个三角形的重心的距离，并从中选择其中的最短距离。
步骤S20，第二寻点寻向量模块105将上述最短距离所对应的三角形的重心的坐标及三角形的法向量记录在所述的文本文档中，所述三角形的重心坐标即为所选择的量测点的曲面坐标，及所述三角形的法向量即为所选择的量测点的方向向量。
步骤S21，判断模块106判断是否还有其他的量测点没有选择过。若有这样的量测点，则流程返回图3A中的步骤S4。否则，若没有这样的量测点，则执行步骤S22。
步骤S22中，自动量测模块107根据所述文本文档中记录坐标及其对应的向量控制量测机台在待测物体上采集量测点。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种曲面量测方法，运行于计算设备中，其特征在于，该方法包括：
(a)载入待量测物体的CAD模型中的一个三角网格化曲面以及一组量测点；
(b)构建上述三角网格化曲面的最大包围盒，根据该三角网格化曲面中所包括的三角形的数目将该最大包围盒分割成若干子包围盒；
(c)获取与每个子包围盒相交的一个或者多个三角形，并将每个子包围盒及与之相交的三角形相关联；
(d)从所载入的量测点中选择其中一个量测点，并获取该量测点的搜索方向向量；
(e)以所选择的量测点为起点，以该量测点的搜索方向向量为方向，构建一条射线；
(f)按照相交的顺序依次获取与所述射线相交的子包围盒；
(g)根据上述子包围盒的获取顺序，选择其中一个子包围盒，并获取与所选择的子包围盒相关联的一个或者多个三角形；
(h)当所述射线与所选择的子包围盒相关联的其中一个三角形不存在交点时，重复执行步骤(g)；
(i)当所述射线与所选择的子包围盒相关联的其中一个三角形存在交点时，将所述射线与三角形的交点坐标以及该三角形的法向量记录在一个档案中；及
(j)重复步骤(d)至(i)直至所载入的所有量测点都选择完毕。
2.如权利要求1所述的曲面量测方法，其特征在于，所述搜索方向向量由用户预先设定，包括X轴方向向量、Y轴方向向量或者Z轴方向向量。
3.如权利要求1所述的曲面量测方法，其特征在于，该方法还包括：
根据所述档案中记录的坐标及对应的向量控制量测机台在待测物体上采集量测点。
4.一种曲面量测方法，运行于计算设备中，其特征在于，该方法包括：
(a)载入待量测物体的CAD模型中的一个三角网格化曲面以及一组量测点；
(b)构建上述三角网格化曲面的最大包围盒，根据该三角网格化曲面中所包括的三角形的数目将该最大包围盒分割成若干子包围盒；
(c)获取与每个子包围盒相交的一个或者多个三角形，并将每个子包围盒及与之相交的三角形相关联；
(d)从所载入的量测点中选择其中一个量测点；
(e)以所选择的量测点为中心，以N个单位长度为边长构建一个立方体区域；
(f)获取与所述立方体区域相交的所有子包围盒；
(g)获取与上述每个子包围盒相关联的一个或者多个三角形；
(h)计算所选择的量测点与上述获取的每个三角形的重心的距离，并从中选择其中的最短距离；
(i)将上述最短距离所对应的三角形的重心坐标及三角形的法向量记录在一个档案中；及
(j)重复步骤(d)至(i)直至所载入的所有量测点都选择完毕。
5.如权利要求4所述的曲面量测方法，其特征在于，所述N的初始值为1单位长度，并根据构建所述立方体的次数以1单位长度为步长递增。
6.如权利要求5所述的曲面量测方法，其特征在于，该方法还包括：
当所构建的立方体区域与所述三角网格化曲面的最大包围盒没有相交时，重复执行步骤(e)。
7.一种曲面量测系统，运行于计算设备中，其特征在于，该系统包括：
载入模块：用于载入待量测物体的CAD模型中的一个三角网格化曲面以及一组量测点；
包围盒构建模块：用于构建上述三角网格化曲面的最大包围盒，根据该三角网格化曲面中所包括的三角形的数目将该最大包围盒分割成若干子包围盒；
关联模块：用于获取与每个子包围盒相交的一个或者多个三角形，并将每个子包围盒及与之相交的三角形相关联；
选择模块：用于从所载入的量测点中选择其中一个量测点；及
第一寻点寻向量模块：用于当上述选择的量测点有预设的搜索方向向量时，以所选择的量测点为起点，以该量测点的搜索方向向量为方向，构建一条射线；按照相交的顺序依次获取与所述射线相交的子包围盒根据上述子包围盒的获取顺序，依次选择其中一个子包围盒，并获取与所选择的子包围盒相关联的一个或者多个三角形，将所述射线与三角形的交点坐标以及该三角形的法向量记录在一个档案中。
8.如权利要求7所述的曲面量测系统，其特征在于，所述搜索方向向量是包括X轴方向向量、Y轴方向向量或者Z轴方向向量。
9.一种曲面量测系统，运行于计算设备中，其特征在于，该系统包括：
载入模块：用于载入待量测物体的CAD模型中的一个三角网格化曲面以及一组量测点；
包围盒构建模块：用于构建上述三角网格化曲面的最大包围盒，根据该三角网格化曲面中所包括的三角形的数目将该最大包围盒分割成若干子包围盒；
关联模块：用于获取与每个子包围盒相交的一个或者多个三角形，并将每个子包围盒及与之相交的三角形相关联；
选择模块：用于从所载入的量测点中选择其中一个量测点；及
第二寻点寻向量模块：用于当上述选择的量测点没有预设的搜索方向向量时，以所选择的量测点为中心，以N个单位长度为边长构建一个立方体区域，获取与所述立方体区域相交的所有子包围盒及与上述每个子包围盒相关联的一个或者多个三角形，计算所选择的量测点与上述获取的每个三角形的重心的距离，并从中选择其中的最短距离，将上述最短距离所对应的三角形的重心及三角形的法向量记录在一个档案中。
10.如权利要求9所述的曲面量测系统，其特征在于，所述N的初始值为1单位长度，并根据构建所述立方体的次数以1单位长度为步长递增。
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