CN108257201B - 二维图案在三维工业模型表面帖敷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种二维图案在三维工业模型表面帖敷的方法，该方法包括：步骤一，在图形处理软件中打开三维工业模型；步骤二，对三维工业模型进行处理，以将三维工业模型变成易于处理且统一的格式；步骤三，对三维工业模型进行表面网格化处理，将三维工业模型的待帖敷表面剖分成多个四边形网格；步骤四，读入二维图案，在图形处理软件中生成与二维图案相对应的MSC文件；步骤五，将MSC文件中的各个点与三维工业模型中的多个四边形网格相对应以完成二维图案在三维工业模型表面的帖敷。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中无法实现二维图案在三维工业模型表面帖敷的技术问题。

Description

二维图案在三维工业模型表面帖敷的方法

技术领域

本发明涉及图像转化应用的技术领域，尤其涉及一种二维图案在三维工业模型表面帖敷的方法。

背景技术

在民用、广告、工业以及军事等各领域，经常需要给立体的产品进行表面的喷涂、彩绘、激光雕刻、丝印等表面处理工作，比如汽车装饰业的三维彩绘，军用车辆的迷彩喷涂等。目前常见的做法多为手动完成二维图形到三维表面的转换，比如在实物上使用贴膜转印，通过膜的热塑性变形，将膜上通过变形贴敷到产品的立体表面，从而将膜上附着的二维图案贴敷到产品上；或者通过3D MAX等软件，手动将图案处理到三维状态。此类方式很难实现自动化工作，比如利用机器人或者智能机床完成。在计算机辅助设计环境下，也存在手动将物体的三维模型拆分为五视图，然后将平面图案贴敷到五视图上并转换到三维CAD 模型上。

然而，这些方法往往需要通过大量耗时的人工操作(在实物上或者计算机 CAD环境中)，效率非常低，而且容易产生图案的大幅度变形和错位等。目前，即使国外有一些图像处理软件，已经能够完成将二维图片帖敷到三维物体上，如3D MAX，其可以通过一系列手动操作三维图案的帖敷、渲染等实现，然而， 3D MAX的帖敷(其术语为添加材质、光照效果等)以视觉效果为主要目的，其无法在工业上进行应用，以实现工业三维模型自动图案的帖敷。

发明内容

本发明提供了一种二维图案在三维工业模型表面帖敷的方法，能够解决现有技术中无法实现二维图案在三维工业模型表面帖敷的技术问题。

本发明提供了一种二维图案在三维工业模型表面帖敷的方法，该方法包括：步骤一，在图形处理软件中打开三维工业模型；步骤二，对三维工业模型进行处理，以将三维工业模型变成易于处理且统一的格式；步骤三，对三维工业模型进行表面网格化处理，将三维工业模型的待帖敷表面剖分成多个四边形网格；步骤四，读入二维图案，在图形处理软件中生成与二维图案相对应的MSC文件；步骤五，将MSC文件中的各个点与三维工业模型中的多个四边形网格相对应以完成二维图案在三维工业模型表面的帖敷。

进一步地，在步骤三中，使用八叉树算法将三维工业模型的待帖敷表面剖分成多个四边形网格。

进一步地，三维工业模型的待帖敷表面具有原始网格，使用八叉树算法将三维工业模型的待帖敷表面剖分成多个四边形网格具体包括：(3.1)设定最大递归深度；(3.2)找出三维工业模型的最大外观尺寸，并以最大外观尺寸建立第一个立方体；(3.3)将第一个立方体细分为八等份；(3.4)若发现子立方体所分配到的单位元素数量不为零且跟父立方体是一样的，则该子立方体停止细分；(3.5)重复步骤(3.1)至步骤(3.4)，直至达到最大递归深度。

进一步地，步骤三还包括：(3.6)八叉树结构创建完成后，查找三维工业模型的原始网格是否在八叉树的叶子节点内以获取与三维工业模型的原始网格相交的叶子节点；(3.7)判断各个与三维工业模型的原始网格相交的叶子节点的四方形网格的六个四边形面是否在三维工业模型的原始网格内部，以获取近似于三维工业模型的原始网格的四边形网格。

进一步地，步骤(3.6)具体包括：八叉树结构创建完成后，查找三维工业模型的原始网格是否在八叉树的叶子节点内，如果三维工业模型的原始网格在叶子节点内，那么保留叶子节点，如果三维工业模型的原始网格不在叶子节点内，那么舍弃叶子节点；由此所得到的叶子节点即为与三维工业模型的原始网格相交的叶子节点。

进一步地，步骤(3.7)具体包括：判断各个与三维工业模型的原始网格相交的叶子节点的四方形网格的六个四边形面是否在工业模型的原始网格内部，如果某个四边形面在原始网格的内部，那么舍弃四边形面；如果某个四边形面不在原始网格的内部，那么保留四边形面，由此获取近似于三维工业模型的原始网格的四边形网格。

进一步地，步骤五具体包括：(5.1)在三维工业模型中选择一个四边形面，以四边形面为起点，找到四边形面的上、左、下、右四个相邻的四边形面；(5.2) 在MSC文件中找到中心点，将中心点与四边形面相对应，以中心点为起点，找到MSC文件中的中心点的上、左、下、右四个相邻的点；(5.3)取出四个相邻的点所对应的值，并将四个相邻的点所对应的值依次赋给上、左、下、右四个相邻的四边形面；(5.4)在三维工业模型中再次选择另一个四边形面，重复步骤(5.1)至步骤(5.3)，直至三维工业模型的所有四边形面均帖敷有颜色为止。

进一步地，三维工业模型的格式包括IGES格式或STEP格式。

进一步地，步骤二具体包括：对三维工业模型进行数据解析，将解析后的网格数据放置在图形处理软件中的Object 3D对象中。

进一步地，步骤二还包括：根据预先设定的帖敷后的三维工业模型，对三维工业模型进行处理，保留需要进行帖敷处理的模型表面，舍弃不相关的模型表面。

应用本发明的技术方案，提供了一种二维图案在三维工业模型表面帖敷的方法，该方法的贴敷操作针对工业三维模型进行自动图案帖敷，旨在向后续工艺(如喷涂)输出三维信息，其可以用作下一步的工艺自动规划，尤其可以和机器人自动喷涂等系统输出接口。本发明的二维图案在三维工业模型表面帖敷的方法相对于现有技术而言，能够提高工业三维模型的贴敷效率，解决现有技术中无法实现二维图案在三维工业模型表面帖敷的问题。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的三维工业模型网格剖分的结构示意图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的二维图案的结构示意图；

图3示出了根据本发明的具体实施例提供的三维工业模型在进行二维图案贴敷前的结构示意图；

图4示出了根据本发明的具体实施例提供的三维工业模型进行二维图案贴敷后的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。

在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

如图1至图4所示，根据本发明的具体实施例提供了一种二维图案在三维工业模型表面帖敷的方法，该方法包括：步骤一，在图形处理软件中打开三维工业模型；步骤二，对三维工业模型进行处理，以将三维工业模型变成易于处理且统一的格式；步骤三，对三维工业模型进行表面网格化处理，将三维工业模型的待帖敷表面剖分成多个四边形网格；步骤四，读入二维图案，在图形处理软件中生成与二维图案相对应的MSC文件；步骤五，将MSC文件中的各个点与三维工业模型中的多个四边形网格相对应以完成二维图案在三维工业模型表面的帖敷。

应用此种配置方式，提供了一种二维图案在三维工业模型表面帖敷的方法，该方法的贴敷操作针对工业三维模型进行自动图案帖敷，旨在向后续工艺(如喷涂)输出三维信息，其可以用作下一步的工艺自动规划，尤其可以和机器人自动喷涂等系统输出接口。本发明的二维图案在三维工业模型表面帖敷的方法相对于现有技术而言，能够提高工业三维模型的贴敷效率，解决现有技术中无法实现二维图案在三维工业模型表面帖敷的问题。

具体地，在本发明中，首先需要在图形处理软件中打开三维工业模型。为了提高软件的适用度，可将三维工业模型的格式配置为包括IGES格式或STEP 格式。作为本发明的一个具体实施例，通过三维扫描仪或者由UG、PRO-E、 solid-works、CATIA等三维设计软件建立待贴敷产品的三维工业模型，该产品的三维工业模型的格式为IGES(即IGS)格式或STEP(即STL)格式这两种通用格式，这两种格式的存储兼容性几乎可以覆盖大多数目前主流的CAD软件(即，可由各软件根据原设计模型另行生成IGS或者STL格式的文件)。

进一步地，在本发明中，为了给后续的贴敷算法提供数据基础，在打开IGES (即IGS)格式或STEP(即STL)格式的模型后，还需要对该三维工业模型进行处理，以变成易于处理且统一的格式。其中，首先需要对IGS格式或STL格式的文件进行解析，以将三维工业模型文件解析为网络数据，并将解析后的网络数据放置在图形处理软件中的Object 3D数据库对象中。接着，对网络数据的格式进行转换，以将该格式转换为易于处理且统一的QMS格式，从而为后续的贴敷算法提供数据基础。

作为本发明的一个具体实施例，针对IGS格式文件的解析，采用OpenCASCADE(OCC)开源方式进行解析，其开源库里面提供了对IGS格式的支持。此系统可选用OCC7.0.0的64位版本，解析后把网格数据放到图形处理软件中的Object3D 对象中，供表面处理及生成四边形网格使用。针对STL文件格式的解析，可按照其文件格式，用文件流直接读取出来，放到Object3D对象中即可。

进一步地，在本发明中，在加载完成三维工业模型之后，根据预先设定的帖敷后的三维工业模型，对三维工业模型进行处理，保留需要进行帖敷处理的模型表面，舍弃不相关的模型表面。具体地，作为本发明的一个具体实施例，当前加载的模型不是所有面都需要进行贴敷纹理的，根据实际需要将需要贴敷纹理的模型表面保留下来，不相关的面去掉；如果模型中有法向相反的表面，那么需要拾取表面将其反转从而统一处理，当模型的法向方向统一了之后，便可去掉不需要贴敷纹理的表面。

进一步地，在本发明中，在对三维工业模型进行处理之后，需要将三维工业模型的待帖敷表面剖分成多个四边形网格。具体地，在步骤三中，可使用八叉树算法将三维工业模型的待帖敷表面剖分成多个四边形网格。八叉树算法 (Octree)是一种用于描述三维空间的树状数据结构，八叉树的每个节点表示一个正方体的体积元素，每个节点有八个子节点，这八个子节点所表示的体积元素加在一起就等于父节点的体积，一般中心点作为节点的分叉中心。

作为本发明的一个具体实施例，本发明选择扩散法进行二维图案在三维工业模型表面的帖敷，扩散法可以适用于各种形状的装备。针对图片式纹理的贴敷，需要重新剖分三角网格。其中，有些三维工业模型自带网格，但是大小形状差别严重，有些模型不带网格，因此需要重新剖分网格，以得到均匀的表面网格，便于后续扩散帖敷。现有技术中，常用的做法是将剖分好的四边形网格，对角相连，就成了质量较好的三角形网格，供斑纹纹理贴敷使用。基于此，剖分成四边形网格是基础工作。

如图1所示，针对算法的实现效率和效果质量，本发明进行了算法试编制和效果对比，最终选择了以八叉树方式将三角形网格变换成四边形网格。三维工业模型的待帖敷表面具有原始网格，使用八叉树算法将三维工业模型的待帖敷表面剖分成多个四边形网格具体包括：(3.1)设定最大递归深度；(3.2) 找出三维工业模型的最大外观尺寸，并以最大外观尺寸建立第一个立方体； (3.3)将第一个立方体细分为八等份；(3.4)若发现子立方体所分配到的单位元素数量不为零且跟父立方体是一样的，则该子立方体停止细分；(3.5) 重复步骤(3.1)至步骤(3.4)，直至达到最大递归深度。单位元素是指将形体按某种规则分解小的、更易于描述的部分，每一小部分又可分为更小的部分，直至每一小部分都能够直接描述为止。本发明的八叉树创建方法给出了八叉树的设定深度，一直创建下去，直至达到设定深度，由此创建了一个完全的八叉树结构。

进一步地，在本发明中，为了获得近似于三维工业模型的原始网格的四边形网格，步骤三还包括：(3.6)八叉树结构创建完成后，查找三维工业模型的原始网格是否在八叉树的叶子节点内以获取与三维工业模型的原始网格相交的叶子节点；(3.7)判断各个与三维工业模型的原始网格相交的叶子节点的四方形网格的六个四边形面是否在工业模型的原始网格内部，以获取近似于三维工业模型的原始网格的四边形网格。

作为本发明的一个具体实施例，步骤(3.6)具体包括：八叉树结构创建完成后，查找三维工业模型的原始网格是否在八叉树的叶子节点内，如果三维工业模型的原始网格在叶子节点内，那么保留叶子节点，如果三维工业模型的原始网格不在叶子节点内，那么舍弃叶子节点；由此所得到的叶子节点即为与三维工业模型的原始网格相交的叶子节点。

进一步地，步骤(3.7)具体包括：判断各个与三维工业模型的原始网格相交的叶子节点的四方形网格的六个四边形面是否在工业模型的原始网格内部，如果某个四边形面在原始网格的内部，那么舍弃四边形面；如果某个四边形面不在原始网格的内部，那么保留四边形面，由此获取近似于三维工业模型的原始网格的四边形网格。

在本发明中，至于判断四边形面是否在三维工业模型的原始网格内部，只需要检查这个四边形面的四个顶点是否都在三维工业模型的原始网格内部即可。如果这个四边形面的四个顶点都在三维工业模型的原始网格内部，那么认为这个四边形面是在三维工业模型的原始网格内部。如果这个四边形面的四个顶点不全都在三维工业模型的原始网格内部，那么则认为这个四边形面是不在三维工业模型的原始网格内部。其中，在本发明中，三维工业模型的待贴敷表面的四边形网格形成的越小，那么后续的贴敷效果就越小，相应地，网格剖分过程所花费的时间和资源会越大。

进一步地，在本发明中，在对三维工业模型进行表面网格化处理之后，需要读入二维图案。其中，考虑到文件的兼容性，二维图案的输入文件采用了通用的PNG图片格式，至于BMP、JPG等图片格式文件，可以通过一般的图像处理软件，甚至Windows自带的画板进行转换即可。打开图片，然后按照图片的像素点读取出文件内容。其中，作为本发明的一个具体实施例，读出来的二维图案的纹理效果如图2所示。

在本发明中，在读入二维图案纹理之后，二维图案纹理会在图形处理软件中生成MSC文件，然后读取MSC文件。此时，在图形处理软件中，三维工业模型已经是剖分过的四边形网格的模型了，为了实现二维图案在三维工业模型上的贴敷，只需要将MSC格式中的每个点对应到四边形网格上即可。

具体地，步骤五包括：(5.1)在三维工业模型中选择一个四边形面，以四边形面为起点，找到四边形面的上、左、下、右四个相邻的四边形面；(5.2) 在MSC文件中找到中心点，将中心点与四边形面相对应，以中心点为起点，找到MSC文件中的中心点的上、左、下、右四个相邻的点；(5.3)取出四个相邻的点所对应的值，并将四个相邻的点所对应的值依次赋给上、左、下、右四个相邻的四边形面；(5.4)在三维工业模型中再次选择另一个四边形面，重复步骤(5.1)至步骤(5.3)，直至三维工业模型的所有四边形面均帖敷有颜色为止。

作为本发明的一个具体实施例，首先在三维工业模型中选择一个四边形面作为第一四边形面，以第一四边形面为起点，找到第一四边形面的上、左、下、右四个相邻的四边形面；然后，在MSC文件中找到第一中心点，将第一中心点与第一四边形面相对应，以第一中心点为起点，找到MSC文件中的第一中心点的上、左、下、右四个相邻的点；接着，取出四个相邻的点所对应的颜色值，并将四个相邻的点所对应的颜色值依次赋给上、左、下、右四个相邻的四边形面；接下来的算法就是一个递归操作，把第一四边形面的上、下、左、右四个四边形面压入队列中去，同时MSC文件中心点的上、下、左、右的四个点也压入相应的队列中去。这样，两个对列同时读取数据，再判断读取的四边形面是否已经上过颜色了，如果没有，那么就给对应的MSC的那个点的颜色值。然后，再次选取第一四边形面的上方的四边形面作为第二四边形面，重复上述步骤，从而为第二四边形面的上、左、下、右四个相邻的四边形面上色；接着，选取第一四边形面的左方的四边形面作为第三四边形面，重复上述步骤，从而为第三四边形面的上、左、下、右四个相邻的四边形面上色；如此反复，直到所有的四边形面都有颜色为止。

具体地，本发明的主要算法实现的代码如下。

如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。

这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (5)

1.一种二维图案在三维工业模型表面帖敷的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤一，在图形处理软件中打开三维工业模型；

步骤二，对所述三维工业模型进行处理，以将所述三维工业模型变成易于处理且统一的格式；

步骤三，对所述三维工业模型进行表面网格化处理，将所述三维工业模型的待帖敷表面剖分成多个四边形网格；

步骤四，读入二维图案，在所述图形处理软件中生成与所述二维图案相对应的MSC文件；

步骤五，将所述MSC文件中的各个点与所述三维工业模型中的多个所述四边形网格相对应以完成所述二维图案在所述三维工业模型表面的帖敷；

在所述步骤三中，使用八叉树算法将所述三维工业模型的待帖敷表面剖分成多个四边形网格；

所述三维工业模型的待帖敷表面具有原始网格，使用八叉树算法将所述三维工业模型的待帖敷表面剖分成多个四边形网格具体包括：

(3.1)设定最大递归深度；

(3.2)找出所述三维工业模型的最大外观尺寸，并以所述最大外观尺寸建立第一个立方体；

(3.3)将所述第一个立方体细分为八等份；

(3.4)若发现子立方体所分配到的单位元素数量不为零且跟父立方体是一样的，则该子立方体停止细分；

(3.5)重复步骤(3.1)至步骤(3.4)，直至达到所述最大递归深度；

所述步骤三还包括：

(3.6)所述八叉树结构创建完成后，查找所述三维工业模型的原始网格是否在所述八叉树的叶子节点内以获取与所述三维工业模型的原始网格相交的叶子节点；

(3.7)判断各个与所述三维工业模型的原始网格相交的叶子节点的四方形网格的六个四边形面是否在所述三维工业模型的原始网格内部，以获取近似于所述三维工业模型的原始网格的四边形网格；

所述步骤(3.7)具体包括：判断各个与所述三维工业模型的原始网格相交的叶子节点的四方形网格的六个四边形面是否在所述工业模型的原始网格内部，如果某个四边形面在所述原始网格的内部，那么舍弃所述四边形面；如果某个四边形面不在所述原始网格的内部，那么保留所述四边形面，由此获取近似于所述三维工业模型的原始网格的四边形网格；

所述步骤五具体包括：

(5.1)在所述三维工业模型中选择一个四边形面，以所述四边形面为起点，找到所述四边形面的上、左、下、右四个相邻的四边形面；

(5.2)在所述MSC文件中找到中心点，将所述中心点与所述四边形面相对应，以所述中心点为起点，找到所述MSC文件中的中心点的上、左、下、右四个相邻的点；

(5.3)取出四个所述相邻的点所对应的颜色值，并将四个所述相邻的点所对应的颜色值依次赋给上、左、下、右四个相邻的四边形面；

(5.4)在所述三维工业模型中再次选择另一个四边形面，重复步骤(5.1) 至步骤(5.3)，直至所述三维工业模型的所有四边形面均帖敷有颜色为止。

2.根据权利要求1所述的二维图案在三维工业模型表面帖敷的方法，其特征在于，所述步骤(3.6)具体包括：所述八叉树结构创建完成后，查找所述三维工业模型的原始网格是否在所述八叉树的叶子节点内，如果所述三维工业模型的原始网格在所述叶子节点内，那么保留所述叶子节点，如果所述三维工业模型的原始网格不在所述叶子节点内，那么舍弃所述叶子节点；由此所得到的叶子节点即为与所述三维工业模型的原始网格相交的叶子节点。

3.根据权利要求1所述的二维图案在三维工业模型表面帖敷的方法，其特征在于，所述三维工业模型的格式包括IGES格式或STEP格式。

4.根据权利要求3所述的二维图案在三维工业模型表面帖敷的方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：对所述三维工业模型进行数据解析，将解析后的网格数据放置在所述图形处理软件中的Object 3D对象中。

5.根据权利要求4所述的二维图案在三维工业模型表面帖敷的方法，其特征在于，所述步骤二还包括：根据预先设定的帖敷后的三维工业模型，对所述三维工业模型进行处理，保留需要进行帖敷处理的模型表面，舍弃不相关的模型表面。

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