CN111199086A - 三维几何离散化处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维几何离散化处理系统包括：几何面读取存储模块，将三维网格模型几何面信息进行数据保存；几何棱线读取存储模块，将三维网格模型棱线信息进行数据保存；三角面片顶点获取模块，通过读取模型中每个面的信息，将每个三角面片的顶点进行数据存储；三角面片顶点与棱线位置关系判断模块，判断每个三角面片的三个顶点与棱线位置关系。本发明所述的三维几何离散化处理系统用快速高效的迭代方式对网格数据进行快速抽取，并只将相应数据进行内部数据保存，实现了数据提取的高效性和精简型，大大提高了内部数据的利用率，减少了数据的冗余存储，加快了三维模型视图显示或网格划分等计算机功能的处理速度。

Description

三维几何离散化处理系统

技术领域：

本发明涉及一种应用于计算机辅助设计的系统，用于三维模型视图显示和网格划分。

背景技术：

随着计算机辅助工程(Computer Aided Engineering,CAE)、计算机仿真分析系统等现代化产品设计分析手段的不断成熟和完善，三维模型被越来越多的应用。但传统的三维建模工具OCCT进行显示时存在不能选择面信息，三维渲染效果较差等问题；利用VTK进行视图显示时，只能选择三角面片信息，均不能良好的展现出三维几何信息的显示和选取操作。另外，目前主流的相关数据格式转换方法仍存在转换速度慢，转换数据信息冗杂、有误及转换文件过大等问题。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是提供一种三维几何离散化处理系统，可以通过将点、三角面片、几何面和几何棱线等相关信息进行智能获取和存储，较好的应用于三维模型显示和网格划分，且将数据科学精简存储，资源利用率高。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种三维几何离散化处理系统包括：几何面读取存储模块，将三维网格模型几何面信息进行数据保存；几何棱线读取存储模块，将三维网格模型棱线信息进行数据保存；三角面片顶点获取模块，通过读取模型中每个面的信息，将每个三角面片的顶点进行数据存储；三角面片顶点与棱线位置关系判断模块，判断每个三角面片的三个顶点与棱线位置关系。

本发明所述的三维几何离散化处理系统的有益效果在于：利用快速高效的迭代方式对网格数据进行快速抽取，并只将相应数据进行内部数据保存，实现了数据提取的高效性和精简型，大大提高了内部数据的利用率，减少了数据的冗余存储，加快了三维模型视图显示或网格划分等计算机功能的处理速度。将数据保存到外部文件中时，对数据进行科学有序的分类放置，保证了检索信息的真实性、可靠性。

优选的，所述几何面读取存储模块进行平面几何面的识别和/或曲面几何面信息的读取保存；所述几何面读取存储模块将三维网格模型所有几何面的命名、ID号及所属模型信息进行内部数据保存。

优选的，所述几何棱线读取存储模块进行智能校验，保证存储棱线数据的可靠性；所述几何棱线读取存储模块：将三维网格模型所有棱线的命名、ID号及所属模型信息进行内部数据保存。

优选的，所述三角面片顶点获取模块，通过读取模型中每个面的信息，依次将每个三角面片的所有顶点进行内部数据存储；所述三角面片顶点获取模块包括但不限于如下模块中的一种或几种：边缘顶点识别保存模块，针对模型边缘点数据信息进行识别存储；模型内部点识别模块，此模块执行时将对内部数据自动舍弃，只保存表面信息。

优选的，所述三角面片顶点与棱线位置关系判断模块判断每个三角面片的三个顶点与棱线位置关系，包括“一点共线”，“两点共线”，“三点共线”及“无点共线”情况；还包括单点与棱线的位置关系信息保存。

优选的，还包括：顶点数据信息文件保存模块，将模型的顶点总数、顶点ID、顶点坐标及与棱线位置关系信息保存，用以保存到fstl文件中；三角面片数据信息文件保存模块，将模型的三角面片总数、所属零件ID、所属面ID、顶点ID及其中两点与棱线位置关系信息保存，用以保存到与顶点数据信息文件保存模块中同名的fstl文件中；文件输出模块，将顶点数据信息文件保存模块和三角面片数据信息文件保存模块中保存的信息按照预设格式顺序输出到fstl文件中。

优选的，包括边缘顶点识别保存模块，针对模型边缘点数据信息进行识别存储；所述顶点数据信息文件保存模块同时保存所述边缘点信息，保存具体坐标值。

优选的，所述三角面片数据信息文件保存模块包含或不限于如下模块中的一种或几种：单三角面片信息模块，用于保存每个三角面片的数据信息；单几何面片数据信息模块，用于保存每个几何面片的数据信息；所有几何面数据信息模块，用于保存当前模型所有几何面的数据信息。

优选的，所述文件输出模块包括、但不限于如下模块中的一种或几种：fstl文件输出模块，此模块内输出的内容将用于三维模型显示、内部和表面网格划分；stl文件输出模块，输出stl文件所要求内容，用于表面网格划分、分层划分；其他附加文件模块，输出附加文件。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例一所述方法的示意图。

具体实施方式

本发明所述的三维几何离散化处理系统包括：几何面读取存储模块，将三维网格模型几何面信息进行数据保存；几何棱线读取存储模块，将三维网格模型棱线信息进行数据保存；三角面片顶点获取模块，通过读取模型中每个面的信息，将每个三角面片的顶点进行数据存储；三角面片顶点与棱线位置关系判断模块，判断每个三角面片的三个顶点与棱线位置关系。

所述几何面读取存储模块进行平面几何面的识别和/或曲面几何面信息的读取保存；所述几何面读取存储模块将三维网格模型所有几何面的命名、ID号及所属模型信息进行内部数据保存。所述几何棱线读取存储模块进行智能校验，保证存储棱线数据的可靠性；所述几何棱线读取存储模块：将三维网格模型所有棱线的命名、ID号及所属模型信息进行内部数据保存。

所述三角面片顶点获取模块，通过读取模型中每个面的信息，依次将每个三角面片的所有顶点进行内部数据存储；所述三角面片顶点获取模块包括但不限于如下模块中的一种或几种：边缘顶点识别保存模块，针对模型边缘点数据信息进行识别存储；模型内部点识别模块，此模块执行时将对内部数据自动舍弃，只保存表面信息。

所述三角面片顶点与棱线位置关系判断模块判断每个三角面片的三个顶点与棱线位置关系，包括“一点共线”，“两点共线”，“三点共线”及“无点共线”情况；还包括单点与棱线的位置关系信息保存。

还包括：顶点数据信息文件保存模块，将模型的顶点总数、顶点ID、顶点坐标及与棱线位置关系信息保存，用以保存到.fstl文件中；三角面片数据信息文件保存模块，将模型的三角面片总数、所属零件ID、所属面ID、顶点ID及其中两点与棱线位置关系信息保存，用以保存到与顶点数据信息文件保存模块中同名的.fstl文件中；文件输出模块，将顶点数据信息文件保存模块和三角面片数据信息文件保存模块中保存的信息按照预设格式顺序输出到.fstl文件中。

还包括边缘顶点识别保存模块，针对模型边缘点数据信息进行识别存储；所述顶点数据信息文件保存模块同时保存所述边缘点信息，保存具体坐标值。所述三角面片数据信息文件保存模块包含或不限于如下模块中的一种或几种：单三角面片信息模块，用于保存每个三角面片的数据信息；单几何面片数据信息模块，用于保存每个几何面片的数据信息；所有几何面数据信息模块，用于保存当前模型所有几何面的数据信息。

所述文件输出模块包括、但不限于如下模块中的一种或几种：.fstl文件输出模块，此模块内输出的内容将用于三维模型显示、内部和表面网格划分；.stl文件输出模块，输出.stl文件所要求内容，用于表面网格划分、分层划分；其他附加文件模块，输出附加文件。

本发明所述的三维几何离散化处理系统利用快速高效的迭代方式对网格数据进行快速抽取，并只将相应数据进行内部数据保存，实现了数据提取的高效性和精简型，大大提高了内部数据的利用率，减少了数据的冗余存储，加快了三维模型视图显示或网格划分等计算机功能的处理速度。将数据保存到外部文件中时，对数据进行科学有序的分类放置，保证了检索信息的真实性、可靠性。

本发明产生的fstl格式文件通过将点、三角面片、几何面和几何棱线等相关信息进行智能获取和存储，较好的应用于三维模型显示和网格划分，且将数据科学精简存储，利用率高。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：通过OCCT技术获取原始.stp或.step内的模型所有数据，然后只对三维模型视图显示或模型网格划分有用的信息进行快速、智能、精简、安全可靠的保存。

方法执行主要由以下几部分组成：

(1)几何面读取存储模块：将三维网格零件模型所有几何面(非三角面片)的命名、ID号及所属模型等信息进行内部数据保存；

(2)几何棱线读取存储模块：将三维网格零件模型所有棱线的命名、ID号及所属模型等信息进行内部数据保存；

(3)三角面片顶点获取模块：通过读取零件中每个面的信息，依次将每个三角面片的所有顶点((x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3))进行内部数据存储；

(4)三角面片顶点与棱线位置关系判断模块：通过此模块将判断每个三角面片的三个顶点与棱线的位置关系，包括“一点共线”，“两点共线”，“三点共线”及“无点共线”等情况；

(5)三角面片信息存储模块：将三角面片三个顶点的ID、所属零件ID、所属几何面ID及与棱线的共线情况等信息进行内部保存；

(6)顶点数据信息文件保存模块：将零件的顶点总数、顶点ID、顶点坐标及与棱线位置关系等信息内部保存，用以最后保存到.fstl文件中；

(7)三角面片相关数据信息文件保存模块：将零件的三角面片总数、所属零件ID、所属面ID、顶点ID及其中两点与棱线位置关系等信息内部保存，用以最后保存到与(6)同名的.fstl文件中；

(8)文件输出模块：将以上(6)、(7)中保存的信息按照一定格式顺序输出到.fstl文件中。

本方法方案的保存模式为单个零件文件保存。如果三维模型为由多个零件组成的装配体，则会将每个零件进行单独保存。

本方法利用快速高效的迭代方式对网格数据进行快速抽取，并只将相应数据进行内部数据保存，实现了数据提取的高效性和精简型，大大提高了内部数据的利用率，减少了数据的冗余存储，加快了三维模型视图显示或网格划分等计算机功能的处理速度。

另外，将数据保存到外部文件中时，对数据进行科学有序的分类放置。例如对顶点信息的存储：顶点坐标信息进行单独分块放置，便于高精度数据类型的有效存放；顶点的ID信息与零件体ID信息、几何面ID信息、与棱线共线情况等信息进行一一有序放置，保证了检索信息的真实性、可靠性。

如图1所示，本发明所述方法的具体实施流程如下：

首先系统将.stp或.step三维模型文件导入，然后系统查找导入数据文件模型中的零件数目，依次运行数据转换方法将数据文件中的零件数据进行文件保存。

例如，对于一个由长方体零件A和圆柱形零件B组成的装配体Assembly.stp来说会按照如下顺序执行：

1.方法系统将随机识别整个三维模型的所有零件网格信息，假设首先识别到了A零件，则将零件名称、ID及其他信息存到Stl_PartList链表容器中；

2.通过零件几何面读取存储模块，通过最优的遍历方式将A中6个面的命名、ID、输出类型及其他相关信息保存到FaceList链表容器中；

3.通过棱线读取存储模块，通过最优的遍历方式将A中12条棱线的命名、ID、输出类型及其他相关信息保存到EdgeList链表容器中；

4.输出.fstl文件数据内部保存模块：

(1)通过再次读取A中每个面的信息，依次将每个三角面片的所有顶点((x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3))及ID等信息进行内部数据存储到SinglePart_PntList链表容器中。保存时通过反复遍历的方式检索已保存数据，保证数据的唯一性、准确性；

(2)通过从A中获取的棱线信息与(1)中保存的顶点进行位置关系比较，用以判断每个三角面片的三个顶点与棱线的关系为“一点共线”，“两点共线”，“三点共线”及“无点共线”中的哪种情况，将“三点共线”情况的棱线ID保存到SingleLineLists中，再将每种情发生时的棱线ID进行保存；

(3)将每个三角面片三个顶点的ID、所属零件ID、所属几何面ID及与棱线的共线情况等信息进行内部保存到Face_TriangleList链表容器中；

(4)通过再次遍历保存到SingleLineLists与Face_TriangleList中的信息进行对比，将三点共线的棱线ID设置为0；

(5)将每个几何面的三角面片信息集Face_TriangleList中保存到Part_TriangleList中，以便后续文件输出。

5、开始执行文件输出模块，将以上步骤中保存的部分数据信息输出到以之前保存的零件名命名的A.fstl文件中。此模块主要包括两部分内容用以三维模型视图显示和网格划分使用：

模块一：顶点总数、顶点坐标、三点共线情况；

模块二：三角面片总数、零件ID、所属面ID、顶点ID、与棱线共线情况；

7..stp或.step格式文件数据信息提取完成，系统指定路径下将产生A.fstl和B.fstl两个文件，此文件内的数据将一块用于装配体模型的三维模型视图显示或网格划分。本系统使用VTK技术实现三维模型视图显示。

本发明所述stl文件格式简单，只能描述三维物体的几何信息，不支持颜色材质等信息，是计算机图形学处理CG,数字几何处理如CAD,数字几何工业应用,如三维打印机支持的最常见文件格式。

本发明所述OCCT(Open CASCADE Technology)是一个建模工具，OpenCascade提供二维和三维几何体的生成、显示和分析。

本发明所述视觉化工具函式库(VTK，Visualization Toolkit)是一个开放源码，跨平台、支持并行处理的图形应用函式库。

本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。

Claims (9)

1.一种三维几何离散化处理系统，其特征在于，包括：

几何面读取存储模块，将三维网格模型几何面信息进行数据保存；

几何棱线读取存储模块，将三维网格模型棱线信息进行数据保存；

三角面片顶点获取模块，通过读取模型中每个面的信息，将每个三角面片的顶点进行数据存储；

三角面片顶点与棱线位置关系判断模块，判断每个三角面片的三个顶点与棱线位置关系。

2.根据权利要求1所述的三维几何离散化处理系统，其特征在于，所述几何面读取存储模块进行平面几何面的识别和/或曲面几何面信息的读取保存；

所述几何面读取存储模块将三维网格模型所有几何面的命名、ID号及所属模型信息进行内部数据保存。

3.根据权利要求1所述的三维几何离散化处理系统，其特征在于，所述几何棱线读取存储模块进行智能校验，保证存储棱线数据的可靠性；

所述几何棱线读取存储模块：将三维网格模型所有棱线的命名、ID号及所属模型信息进行内部数据保存。

4.根据权利要求1所述的三维几何离散化处理系统，其特征在于，所述三角面片顶点获取模块，通过读取模型中每个面的信息，依次将每个三角面片的所有顶点进行内部数据存储；

所述三角面片顶点获取模块包括但不限于如下模块中的一种或几种：

边缘顶点识别保存模块，针对模型边缘点数据信息进行识别存储；

模型内部点识别模块，此模块执行时将对内部数据自动舍弃，只保存表面信息。

5.根据权利要求1所述的三维几何离散化处理系统，其特征在于，所述三角面片顶点与棱线位置关系判断模块判断每个三角面片的三个顶点与棱线位置关系，包括“一点共线”，“两点共线”，“三点共线”及“无点共线”情况；

还包括单点与棱线的位置关系信息保存。

6.根据权利要求1-5中任何一项所述的三维几何离散化处理系统，其特征在于，还包括：

顶点数据信息文件保存模块，将模型的顶点总数、顶点ID、顶点坐标及与棱线位置关系信息保存，用以保存到fstl文件中；

三角面片数据信息文件保存模块，将模型的三角面片总数、所属零件ID、所属面ID、顶点ID及其中两点与棱线位置关系信息保存，用以保存到与顶点数据信息文件保存模块中同名的fstl文件中；

文件输出模块，将顶点数据信息文件保存模块和三角面片数据信息文件保存模块中保存的信息按照预设格式顺序输出到fstl文件中。

7.根据权利要求6所述的三维几何离散化处理系统，其特征在于，包括边缘顶点识别保存模块，针对模型边缘点数据信息进行识别存储；

所述顶点数据信息文件保存模块同时保存所述边缘点信息，保存具体坐标值。

8.根据权利要求6所述的三维几何离散化处理系统，其特征在于，所述三角面片数据信息文件保存模块包含或不限于如下模块中的一种或几种：

单三角面片信息模块，用于保存每个三角面片的数据信息；

单几何面片数据信息模块，用于保存每个几何面片的数据信息；

所有几何面数据信息模块，用于保存当前模型所有几何面的数据信息。

9.根据权利要求6所述的三维几何离散化处理系统，其特征在于，所述文件输出模块包括、但不限于如下模块中的一种或几种：

fstl文件输出模块，此模块内输出的内容将用于三维模型显示、内部和表面网格划分；

stl文件输出模块，输出stl文件所要求内容，用于表面网格划分、分层划分；

其他附加文件模块，输出附加文件。

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