CN103400411B - 三维实体建模的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种三维实体建模的方法和系统，该方法包括：分离设备工程图中各方向视图，根据所述各方向视图确定约束平面和引导平面；根据所述模型的外形特点在约束平面上选取至少两个基准位置，获取各基准位置的轮廓轨迹，以垂直于约束平面的方向，在每个基准位置上根据相应的轮廓轨迹分别生成一约束基准面；在引导平面上选取一基准位置，获取基准位置的轮廓轨迹，以垂直于引导平面的方向，在基准位置上根据轮廓轨迹生成一引导基准面；根据约束基准面和引导基准面构建所述模型的主体轮廓，在主体轮廓上生成各结构件，建立三维实体模型。本申请解决现有技术在进行三维实体建模时建模难度较高且建模时间长的问题。

Description

三维实体建模的方法和系统

技术领域

本申请涉及数字图像处理领域，具体地说，是涉及一种三维实体建模的方法和系统。

背景技术

三维实体建模技术是近年来出现的高新技术。三维实体建模是利用电脑针对真实模型模拟产生一个三维的虚拟模型。

以往，对于工业、航空、航天、制药等领域，尤其是一些先进的大型器械或高科技设备来说，其设备结构都是非常复杂的，在设计之初通常采用多面视图的设计图纸对设备的整体及细微轮廓结构进行描述，但设计图纸都是平面视图，并不能全面、真实地反映设备设计的整体方案。因此，三维实体建模技术广泛应用于工业、航空、航天、制药等领域，从而可运用三维实体建模技术对复杂的精密设备进行探索。

在现有技术中，在三维实体建模过程中，往往要根据三维设计图纸获取需要建立的模型的尺寸以及模型上的各种结构件的位置，还要获取模型的各种结构面，然后通过人工操作，将模型的结构面一一画出，之后在结构面上将各种繁复的结构件的位置标出，调整模型与结构件的尺寸配置。尤其，当所需要建立的模型本身的形状非常不规则时，如：模型的结构面是任一自由曲面或者其结构面上出现较多拐点等复杂的情形，会导致人工建模的难度以及所耗费的时间大大增加。

因此，如何解决现有技术中在进行三维实体建模时建模难度较高且建模时间长，便成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种三维实体建模的方法和系统，以解决现有技术中在进行三维实体建模时建模难度较高且建模时间长的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种三维实体建模的方法，包括：分离设备工程图中用于描述模型的各方向视图，根据所述各方向视图确定所述模型的表面轮廓的约束平面和引导平面；根据所述模型的外形特点在所述约束平面上选取至少两个基准位置，获取所述引导平面的轮廓轨迹并根据各基准位置的结构参数分别调整所述轮廓轨迹从而相应得到各基准位置的轮廓轨迹，以垂直于所述约束平面的方向，在每个基准位置上根据相应的轮廓轨迹分别生成一约束基准面；在所述引导平面上选取一基准位置，获取所述约束平面的轮廓轨迹并根据所述基准位置的结构参数进行调整，以垂直于所述引导平面的方向，在所述基准位置上根据调整得到的轮廓轨迹生成一引导基准面；根据所述约束基准面和引导基准面构建所述模型的主体轮廓，根据所述主体轮廓上的各结构件的结构参数在所述主体轮廓上生成所述各结构件，建立用于描述模型的三维实体模型。

进一步地，所述基准位置的结构参数根据所述各方向视图获取；所述主体轮廓上的各结构件及其结构参数根据所述各方向视图获取。

进一步地，根据所述各方向视图确定所述模型的表面轮廓的约束平面和引导平面，包括：获取所述各方向视图中的侧视图和正视图，并识别所述侧视图和正视图中投影轮廓的拐点最多且伸展长度最大的视图为所述约束平面，将所述侧视图和正视图中其他视图识别为所述引导平面。

进一步地，根据所述约束基准面和引导基准面构建所述模型的主体轮廓，包括：识别所述引导基准面的轮廓轨迹作为基准线，使用所述基准线将所述约束基准面的轮廓轨迹完全连接从而构建所述模型的主体轮廓。

进一步地，所述各方向视图，至少包括：正视图、俯视图、侧视图。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种三维实体建模的系统，包括：依次相连的读取识别模块、图面运算模块以及三维运算模块；其中，所述读取识别模块，用于分离设备工程图中用于描述模型的各方向视图，根据所述各方向视图确定所述模型的表面轮廓的约束平面和引导平面；所述图面运算模块，用于根据所述模型的外形特点在所述约束平面上选取至少两个基准位置，获取所述引导平面的轮廓轨迹并根据各基准位置的结构参数分别调整所述轮廓轨迹从而相应得到各基准位置的轮廓轨迹，以垂直于所述约束平面的方向，在每个基准位置上根据相应的轮廓轨迹分别生成一约束基准面；在所述引导平面上选取一基准位置，获取所述约束平面的轮廓轨迹并根据所述基准位置的结构参数进行调整，以垂直于所述引导平面的方向，在所述基准位置上根据调整得到的轮廓轨迹生成一引导基准面；所述三维运算模块，用于根据所述约束基准面和引导基准面构建所述模型的主体轮廓，根据所述主体轮廓上的各结构件的结构参数在所述主体轮廓上生成所述各结构件，建立用于描述模型的三维实体模型。

进一步地，所述读取识别模块，还用于根据所述各方向视图获取所述基准位置的结构参数以及所述主体轮廓上的各结构件及其结构参数。

进一步地，所述读取识别模块，用于获取所述各方向视图中的侧视图和正视图，并识别所述侧视图和正视图中投影轮廓的拐点最多且伸展长度最大的视图为所述约束平面，将所述侧视图和正视图中其他视图识别为所述引导平面。

进一步地，所述三维运算模块，用于识别所述引导基准面的轮廓轨迹作为基准线，使用所述基准线将所述约束基准面的轮廓轨迹完全连接从而构建所述模型的主体轮廓。

进一步地，所述各方向视图，至少包括：正视图、俯视图、侧视图。

与现有技术相比，本申请所述的一种三维实体建模的方法和系统，达到了如下效果：

1）本申请采用构建引导基准面和约束基准面的方式，能够将三维实体建模的难度大幅降低；

2）本申请采用局部面-整体结构的方式建模，有效提高了进行三维实体建模的效率，缩短了建模所需要的时间；

3）本申请所述的技术方案，同时还具有整体操作的简易性，有很高的实用性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例一所述的三维实体建模的方法的流程示意框图；

图2为本申请实施例一中所述模型三维图的俯视图；

图3为本申请实施例一中所述约束草图的示意图；

图4为本申请实施例一中所述引导曲线的示意图；

图5为本申请实施例一中以三维视图方式对所述模型三维图进行组合的大致结构示意图；

图6为本申请实施例一中生成所述约束面和引导面的示意图；

图7为本申请实施例一中搭建所述模型框架的示意图；

图8为本申请实施例一中建立三维实体模型的示意图；

图9为本申请实施例二所述的三维实体建模的系统的结构框图。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

以下结合附图对本申请作进一步详细说明，但不作为对本申请的限定。

实施例一

如图1所示，是本申请实施例一所述的一种三维实体建模的方法流程。

步骤101，分离设备工程图中用于描述模型的各方向视图。

所述各方向视图，至少包括：正视图、俯视图、侧视图。所述侧视图，至少包括：左/右视图。本步骤在实际实施中由存储控制器完成，将存储在硬盘中的各方向视图读取到内存中加载。当然，如果各方向视图为纸本图纸，在实际实施中本步骤由图像传感设备和存储控制器共同完成，图像传感设备将纸本图纸扫描为电子格式的各方向视图，并由存储控制器直接加载到内存中。

步骤102，根据所述各方向视图确定所述模型的表面轮廓的约束平面和引导平面。

约束平面的作用主要是形成二维的约束基准面，而多个约束基准面构成了三维实体模型的主体形状结构；引导平面的作用主要是形成引导基准面，而引导基准面提供一个基准线，配合各个约束基准面，将多个二维的约束基准面连接为一个三维结构，因此引导基准面不需要很多。约束平面的选取直接确定了主体轮廓的形状结构，选择约束平面应选择结构最复杂并且用来描述延伸结构的侧视图或主视图。

因此，步骤102中获取所述各方向视图中的侧视图和正视图，识别所述侧视图和正视图中投影轮廓的拐点数和伸展长度，将其中拐点数量最多且伸展长度最大的视图判定为所述约束平面，将所述侧视图和正视图中其他视图识别为所述引导平面。本步骤在实际实施中由中央处理器根据加载在内存中的各方向视图并计算拐点数和伸展长度来完成。

在确定了约束平面和引导平面之后，利用约束平面和引导平面形成二维模型空间，如图3所示。

步骤103，分别生成约束基准面和引导基准面。

根据所述模型的外形特点在所述约束平面上选取至少两个基准位置，获取所述引导平面的轮廓轨迹并根据各基准位置的结构参数分别调整所述轮廓轨迹从而相应得到各基准位置的轮廓轨迹，以垂直于所述约束平面的方向，在每个基准位置上根据相应的轮廓轨迹分别生成一约束基准面；在所述引导平面上选取一基准位置，获取所述约束平面的轮廓轨迹并根据所述基准位置的结构参数进行调整，以垂直于所述引导平面的方向，在所述基准位置上根据调整得到的轮廓轨迹生成一引导基准面。

具体来说，所述引导平面的轮廓轨迹描述了所述引导平面大概的形状，在每一个基准位置上所述引导平面的形状不变但是尺寸可能会有变化，因此，在本步骤中，还需要根据所述各方向视图获取每个基准位置的结构参数，例如尺寸、位置等等，根据每个基准位置的结构参数修正所述轮廓轨迹的尺寸，这样才会获得各个基准位置相应的轮廓轨迹从而生成约束基准面。当然，所述引导平面的位置选取越多，约束基准面的数量越多，对于主体轮廓的描述也会更加准确。

如前所述，引导基准面不需要很多，主要是作为约束基准面的连接的基准线，当然，在约束基准面数量较少，不能精确描述出模型的主体轮廓时，引导基准面也会起到一定的限制主体轮廓形状结构的作用。

本步骤在实际实施中主要涉及二维平面图形运算，可以由中央处理器来完成，也可以由专门的图形处理器完成。

步骤104，根据所述约束基准面和引导基准面构建所述模型的主体轮廓，根据所述主体轮廓上的各结构件的结构参数在所述主体轮廓上生成所述各结构件，建立用于描述模型的三维实体模型。

具体来说，识别所述引导基准面的轮廓轨迹作为基准线，使用所述基准线将所述约束基准面的轮廓轨迹完全连接从而构建所述模型的主体轮廓。在本步骤中，还需要根据所述各方向视图获取所述主体轮廓上的各结构件及其结构参数。

本步骤在实际实施中主要涉及三维平面图形运算，可以由中央处理器来完成，但最好由专门的图形处理器完成。

结合图2至图8，以一应用实例来说明本申请的方案。

首先，读取用于描述模型的各方向视图。如图2-4所示，所述各方向视图由的俯视图S1和视图S2、视图S3（此处也可以认为视图S2是正视图或侧视图，视图S3是侧视图或正视图，正侧视图是相对关系）构成，并可以从所述各方向视图读取出模型的主体轮廓及各结构件的尺寸和位置数据。所述俯视图S1和视图S2、视图S3按照三维视图的方式进行组合，形成二维模型空间，将得到图5所示的大致结构。

之后，根据所述各方向视图中视图S2、视图S3确定所述模型的约束平面和引导平面。如图5所示，在视图S2、视图S3中选择其中模型外围轮廓上拐点最多、伸展长度最大的视图S2作为约束平面，而视图S2与视图S3相比，因此视图S2更为复杂且用来描述延伸结构。视图S3则确定为引导平面。

如图6所示，在视图S2上选取的7个基准位置，获取视图S3的轮廓轨迹并根据各个基准位置的结构参数分别调整得到各个基准位置相应的轮廓轨迹，以垂直于视图S2的方向生成多个约束基准面，图6中的多个扇形面就是多个约束基准面，每个扇形面之间的间距就是在视图S2上选取的基准位置的间距，每一个扇形面的尺寸将根据从所述各方向视图中读取的对应位置的尺寸数据确定；同时，在视图S3上选取的一个基准位置，获取视图S2的轮廓轨迹并根据所述基准位置的结构参数进行调整，以垂直于视图S3的方向根据轮廓轨迹生成引导基准面，图6中的机翼面就是引导基准面，所述机翼面的尺寸根据所述各方向视图中读取对应位置的尺寸数据得到。

识别所述机翼面的轮廓轨迹作为基准线，各个扇形面的轮廓轨迹之间通过无数根基准线完全连接形成模型的轮廓面（如图7所示），从而构建所述模型的主体轮廓。

最后，如图8所示，根据各方向视图获取主体轮廓上的各结构件（各种管口）及其位置、尺寸。根据主体轮廓上的各结构件的位置、尺寸在所述主体轮廓上生成所述各结构件，建立用于描述模型的三维实体模型。

实施例二

如图9所示，是本申请实施例二所述的一种三维实体建模的系统，包括：依次相连的读取识别模块901、图面运算模块902以及三维运算模块903；其中，

所述读取识别模块901，用于分离设备工程图中用于描述模型的各方向视图，根据所述各方向视图确定所述模型的表面轮廓的约束平面和引导平面；进一步用于获取所述各方向视图中的侧视图和正视图，并识别所述侧视图和正视图中投影轮廓的拐点最多且伸展长度最大的视图为所述约束平面，将所述侧视图和正视图中其他视图识别为所述引导平面；还用于根据所述各方向视图获取所述基准位置的结构参数以及所述主体轮廓上的各结构件及其结构参数。所述读取识别模块901使用存储控制器和中央处理器实现，将存储在硬盘中的各方向视图读取到内存中加载，中央处理器根据加载在内存中的各方向视图并计算拐点数和伸展长度。当然，如果各方向视图为纸本图纸，所述读取识别模块901可以使用图像传感设备、存储控制器和中央处理器共同实现，图像传感设备将纸本图纸扫描为电子格式的各方向视图，并由存储控制器直接加载到内存中，中央处理器根据加载在内存中的各表面投影图并计算拐点数和伸展长度来完成。

所述图面运算模块902，用于根据所述模型的外形特点在所述约束平面上选取至少两个基准位置，获取所述引导平面的轮廓轨迹并根据各基准位置的结构参数分别调整所述轮廓轨迹从而相应得到各基准位置的轮廓轨迹，以垂直于所述约束平面的方向，在每个基准位置上根据相应的轮廓轨迹分别生成一约束基准面；在所述引导平面上选取一基准位置，获取所述约束平面的轮廓轨迹并根据所述基准位置的结构参数进行调整，以垂直于所述引导平面的方向，在所述基准位置上根据调整得到的轮廓轨迹生成一引导基准面；所述图面运算模块主要进行二维平面图形运算，可以使用中央处理器（CPU）实现，也可以使用专门的图形处理器（GPU）实现。

所述三维运算模块903，用于根据所述约束基准面和引导基准面构建所述模型的主体轮廓，根据所述主体轮廓上的各结构件的结构参数在所述主体轮廓上生成所述各结构件，建立用于描述模型的三维实体模型；进一步用于识别所述引导基准面的轮廓轨迹作为基准线，使用所述基准线将所述约束基准面的轮廓轨迹完全连接从而构建所述模型的主体轮廓。所述三维运算模块903是专门用于三维图形计算，一般使用图形处理器（GPU）实现，当然，在计算量不大时，也可以使用中央处理器（CPU）实现。

由于方法部分已经对本申请实施例一进行了详细描述，这里对实施例二中涉及的系统与方法对应部分的展开描述省略，不再赘述。对于系统中具体内容的描述可参考实施例一所述方法的内容，这里不再具体限定。

与现有技术相比，本申请所述的一种三维实体建模的方法和系统，达到了如下效果：

1）本申请采用构建引导面和约束面的方式，能够将三维实体建模的难度大幅降低，大大提高了三维实体建模的效率；

2）本申请采用局部面-整体结构的方式建模，有效提高了进行三维实体建模的效率，缩短了建模所需要的时间；

3）本申请所述的技术方案，同时还具有整体操作的简易性，有很高的实用性。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种三维实体建模的方法，其特征在于，包括：

分离设备工程图中用于描述模型的各方向视图，根据所述各方向视图确定所述模型的表面轮廓的约束平面和引导平面；

根据所述模型的外形特点在所述约束平面上选取至少两个基准位置，获取所述引导平面的轮廓轨迹并根据各基准位置的结构参数分别调整所述轮廓轨迹从而相应得到各基准位置的轮廓轨迹，以垂直于所述约束平面的方向，在每个基准位置上根据相应的轮廓轨迹分别生成一约束基准面；在所述引导平面上选取一基准位置，获取所述约束平面的轮廓轨迹并根据所述基准位置的结构参数进行调整，以垂直于所述引导平面的方向，在所述基准位置上根据调整得到的轮廓轨迹生成一引导基准面；

根据所述约束基准面和引导基准面构建所述模型的主体轮廓，根据所述主体轮廓上的各结构件的结构参数在所述主体轮廓上生成所述各结构件，建立用于描述模型的三维实体模型；

根据所述各方向视图确定所述模型的表面轮廓的约束平面和引导平面，进一步包括：

获取所述各方向视图中的侧视图和正视图，并识别所述侧视图和正视图中投影轮廓的拐点最多且伸展长度最大的视图，若所述侧视图为投影轮廓的拐点最多且伸展长度最大，则所述侧视图为所述约束平面，将所述正视图识别为所述引导平面，若所述正视图为投影轮廓的拐点最多且伸展长度最大，则所述正视图为所述约束平面，将所述侧视图识别为所述引导平面；

所述基准位置的结构参数根据所述各方向视图获取；

所述主体轮廓上的各结构件及其结构参数根据所述各方向视图获取；

根据所述约束基准面和引导基准面构建所述模型的主体轮廓，进一步包括：

识别所述引导基准面的轮廓轨迹作为基准线，使用所述基准线将所述约束基准面的轮廓轨迹完全连接从而构建所述模型的主体轮廓。

2.如权利要求1所述的三维实体建模的方法，其特征在于，

所述各方向视图，至少包括：正视图、俯视图、侧视图。

3.一种三维实体建模的系统，其特征在于，包括：依次相连的读取识别模块、图面运算模块以及三维运算模块；其中，

所述读取识别模块，用于分离设备工程图中用于描述模型的各方向视图，根据所述各方向视图确定所述模型的表面轮廓的约束平面和引导平面；

所述图面运算模块，用于根据所述模型的外形特点在所述约束平面上选取至少两个基准位置，获取所述引导平面的轮廓轨迹并根据各基准位置的结构参数分别调整所述轮廓轨迹从而相应得到各基准位置的轮廓轨迹，以垂直于所述约束平面的方向，在每个基准位置上根据相应的轮廓轨迹分别生成一约束基准面；在所述引导平面上选取一基准位置，获取所述约束平面的轮廓轨迹并根据所述基准位置的结构参数进行调整，以垂直于所述引导平面的方向，在所述基准位置上根据调整得到的轮廓轨迹生成一引导基准面；

所述三维运算模块，用于根据所述约束基准面和引导基准面构建所述模型的主体轮廓，根据所述主体轮廓上的各结构件的结构参数在所述主体轮廓上生成所述各结构件，建立用于描述模型的三维实体模型；

所述读取识别模块，进一步用于获取所述各方向视图中的侧视图和正视图，并识别所述侧视图和正视图中投影轮廓的拐点最多且伸展长度最大的视图，若所述侧视图为投影轮廓的拐点最多且伸展长度最大，则所述侧视图为所述约束平面，将所述正视图识别为所述引导平面，若所述正视图为投影轮廓的拐点最多且伸展长度最大，则所述正视图为所述约束平面，将所述侧视图识别为所述引导平面；

所述读取识别模块，还用于根据所述各方向视图获取所述基准位置的结构参数以及所述主体轮廓上的各结构件及其结构参数；

所述三维运算模块，进一步用于识别所述引导基准面的轮廓轨迹作为基准线，使用所述基准线将所述约束基准面的轮廓轨迹完全连接从而构建所述模型的主体轮廓。

4.如权利要求3所述的三维实体建模的系统，其特征在于，所述各方向视图，至少包括：正视图、俯视图、侧视图。