CN112330811B - 三维模型的数据轻量化存储方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种三维模型的数据轻量化存储方法及装置，该方法包括：将三维模型划分为多个三角片，获取各个三角片的三角片数据，其中，三角片数据包括：三角片的标识和三角片的几何信息；按照三维模型的曲面对三维模型的三角片数据进行分组，将属于同一曲面的三角片数据分为一组；获取描述三维模型的各个曲面形状的曲面几何信息；获取描述三维模型的各条曲线形状的曲线几何信息；将三维模型的同一曲面的三角片数据、曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息进行关联存储。
Description
技术领域
本发明涉及一种计算机技术领域，尤其涉及一种三维模型的数据轻量化存储方法及装置。
背景技术
目前企业三维模型数据的数量级越来越大，千兆级的三维模型数据已经很普遍。如何快速传输、打开和浏览这些模型成为三维模型重复利用的一个关键问题。
现有技术的一种解决方案是：过滤掉模型的建模信息、几何信息和拓扑信息，只提取模型用于显示的三角片数据。精简模型后，其数据量有明显下降，保留的三角片数据用于模型的快速显示，较好的满足了企业对三维模型的轻量化需求。
在上述方案中，轻量化后的模型可以应用于快速浏览、VR显示等。但是，随着轻量化模型应用的深入，准确的测量、虚拟装配、运动仿真等更多的应用需求被提出。
轻量化模型过程中，过滤模型几何信息的同时，模型自身的形状特征也随之丢失。例如，若丢失圆柱面的几何信息，则测量模型时无法准确的获取圆柱面的半径，平移模型时无法精确定位到圆柱轴线的方向；若丢失平面的几何信息，则虚拟装配模型时无法精确的进行共面定位。
发明内容
本发明旨在解决上述技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
本发明一方面提供了一种三维模型的数据轻量化存储方法，包括：将三维模型划分为多个三角片，获取各个三角片的三角片数据，其中，所述三角片数据包括：三角片的标识和三角片的几何信息；按照所述三维模型的曲面对所述三维模型的三角片数据进行分组，将属于同一曲面的三角片数据分为一组；获取描述所述三维模型的各个曲面形状的曲面几何信息；获取描述所述三维模型的各条曲线形状的曲线几何信息；将所述三维模型的同一曲面的三角片数据、曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息进行关联存储。
可选地，对于所述三维模型中的平面，所述曲面几何信息包括：一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点位于所述三维模型的平面上，Z轴垂直于所述三维模型的平面；对于所述三维模型中的圆柱面，所述曲面几何信息包括：所述圆柱面的半径和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点位于所述圆柱面的中心轴线上，Z轴与所述圆柱面的中心轴同轴；对于所述三维模型中的圆锥面，所述曲面几何信息包括：所述圆锥面的母线与所述圆锥面的中心轴之间的夹角和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点与所述圆锥面的顶点重合，Z轴与所述圆锥面的中心轴同轴；对于所述三维模型中的圆环面，所述曲面几何信息包括：所述圆环面的横截面轮廓圆弧的圆心点与所述圆环面的中心旋转轴之间的距离、所述圆环面的横截面轮廓圆弧的半径以及一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点与所述圆环面的中心重合，Z轴与所述圆环面的中心旋转轴同轴；对于所述三维模型中的球面，所述曲面几何信息包括：所述球面的球体半径和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点与所述球面的球心重合；对于所述三维模型中的拉伸曲面，所述曲面几何信息包括：所述拉伸曲面的草绘曲线的描述信息和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点位于所述拉伸曲面的草绘曲线所在的平面上，Z轴与所述拉伸曲面的拉伸方向平行；对于所述三维模型中的旋转曲面，所述曲面几何信息包括：所述旋转曲面的草绘曲线和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点位于所述旋转曲面的旋转中心轴上，Z轴与所述旋转曲面的旋转中心轴同轴。
可选地，对于所述三维模型中的直线段，所述曲线几何信息包括：所述直线段的起点坐标和终点坐标；对于所述三维模型中的圆弧，所述曲线几何信息包括：所述圆弧的圆心坐标、确定所述圆弧所在平面的两个向量的描述信息、所述圆弧的起始角度、所述圆弧的终止角度和所述圆弧的半径。
可选地，在将所述三维模型的同一曲面的三角片数据、曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息进行关联存储之后，所述方法还包括：接收到测量指令；响应输入的选择操作，获取被选择的三角片；获取被选择的三角片所在的曲面关联的曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息；根据获取到的所述曲面几何信息和所述曲线几何信息，获取到待测量的曲线和/或曲面的关键的几何数据；通过获取的所述关键的几何数据，执行与接收到的曲面和/或曲线测量指令对应的测量计算，得到测量结果。
可选地，在将所述三维模型的同一曲面的三角片数据、曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息进行关联存储之后，所述方法还包括：接收到装配指令；响应输入的选择操作，获取被选择的两个三角片；根据被选择的两个三角片所在的组确定待装配定位的两个曲面；分别获取所述待装配定位的两个曲面所关联的曲面几何信息以及曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息；根据所述待装配定位的两个曲面的所述曲面几何信息和所述曲线几何信息，计算与所述装配指令对应的空间变换矩阵，完成所述待装配定位的两个曲面的装配定位。
可选地，在将所述三维模型的同一曲面的三角片数据、曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息进行关联存储之后，所述方法还包括：接收到运动仿真指令；响应输入的选择操作，获取被选择的三角片；获取被选择的三角片所在的曲面关联的曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息；根据获取到的所述曲面几何信息和所述曲线几何信息，获取到待运动仿真的曲线和/或曲面的形状特征对应的平移方向和/或旋转轴线；根据获取到的所述平移方向和/或旋转轴线，完成与所述运动仿真指令对应的仿真运动。
本发明另一个方面提供了一种三维模型的数据轻量化存储装置，包括：划分模块，用于将三维模型划分为多个三角片，获取各个三角片的三角片数据，其中，所述三角片数据包括：三角片的标识和三角片的几何信息；分组模块，用于按照所述三维模型的曲面对所述三维模型的三角片数据进行分组，将属于同一曲面的三角片数据分为一组；第一获取模块，用于获取描述所述三维模型的各个曲面形状的曲面几何信息；第二获取模块，用于获取描述所述三维模型的各条曲线形状的曲线几何信息；存储模块，用于将所述三维模型的同一曲面的三角片数据、曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息进行关联存储。
可选地，对于所述三维模型中的平面，所述曲面几何信息包括：一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点位于所述三维模型的平面上，Z轴垂直于所述三维模型的平面；对于所述三维模型中的圆柱面，所述曲面几何信息包括：所述圆柱面的半径和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点位于所述圆柱面的中心轴线上，Z轴与所述圆柱面的中心轴同轴；对于所述三维模型中的圆锥面，所述曲面几何信息包括：所述圆锥面的母线与所述圆锥面的中心轴之间的夹角和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点与所述圆锥面的顶点重合，Z轴与所述圆锥面的中心轴同轴；对于所述三维模型中的圆环面，所述曲面几何信息包括：所述圆环面的横截面轮廓圆弧的圆心点与所述圆环面的中心旋转轴之间的距离、所述圆环面的横截面轮廓圆弧的半径以及一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点与所述圆环面的中心重合，Z轴与所述圆环面的中心旋转轴同轴；对于所述三维模型中的球面，所述几何信息包括：所述球面的球体半径和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点与所述球面的球心重合；对于所述三维模型中的拉伸曲面，所述几何信息包括：所述拉伸曲面的草绘曲线的描述信息和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点位于所述拉伸曲面的草绘曲线所在的平面上，Z轴与所述拉伸曲面的拉伸方向平行；对于所述三维模型中的旋转曲面，所述几何信息包括：所述旋转曲面的草绘曲线和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点位于所述旋转曲面的旋转中心轴上，Z轴与所述旋转曲面的旋转中心轴同轴。
可选地，对于所述三维模型中的直线段，所述曲线几何信息包括：所述直线段的起点坐标和终点坐标；对于所述三维模型中的圆弧，所述曲线几何信息包括：所述圆弧的圆心坐标、确定所述圆弧所在平面的两个向量的描述信息、所述圆弧的起始角度、所述圆弧的终止角度和所述圆弧的半径。
可选地，还包括：测量模块，用于接收到测量指令；响应输入的选择操作，获取被选择的三角片；从所述存储模块获取被选择的三角片所在的曲面关联的曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息；根据获取到的所述曲面几何信息和所述曲线几何信息，获取到待测量的曲线和/或曲面的关键的几何数据；通过获取的所述关键的几何数据，执行与接收到的曲面和/或曲线测量指令对应的测量计算，得到测量结果。
可选地，还包括：虚拟装配模块，用于接收装配指令；响应输入的选择操作，获取被选择的两个三角片；根据被选择的两个三角片所在的组确定待装配定位的两个曲面；分别获取所述待装配定位的两个曲面所关联的曲面几何信息以及曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息；根据所述待装配定位的两个曲面的所述曲面几何信息和所述曲线几何信息，计算与所述装配指令对应的空间变换矩阵，完成所述待装配定位的两个曲面的装配定位。
可选地，还包括：运动仿真模块，用于接收运动仿真指令；响应输入的选择操作，获取被选择的三角片；获取被选择的三角片所在的曲面关联的曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息；根据获取到的所述曲面几何信息和所述曲线几何信息，获取到待运动仿真的曲线和/或曲面的形状特征对应的平移方向和/或旋转轴线；根据获取到的所述平移方向和/或旋转轴线，完成与所述运动仿真指令对应的仿真运动。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，在本发明实施例中，将三维模型划分为多个三角片，获取各个三角片的三角片数据，然后将同一个曲面的三角片分为一组，提取描述三维模型的各个曲面形状的曲面几何信息及各条曲线形状的曲线几何信息，并将同一曲面的三角片数据、曲面几何信息及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息进行关联存储，从而可以在简化三维模型数据的同时，保留三维模型的曲面的曲面几何信息及曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息，从而保留三维模型的形状特征，进而可以根据这些信息进行精确的测量、装配及运动仿真。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
图1为本发明实施例1提供的一种三维模型的数据轻理化存储方法的流程图；
图2为本发明实施例1中一种立方体模型的三角片划分示意图；
图3为本发明实施例1中平面的曲面几何信息定义示意图；
图4为本发明实施例1中圆柱面的曲面几何信息定义示意图；
图5为本发明实施例1中圆锥面的曲面几何信息定义示意图；
图6为本发明实施例1中圆环面的曲面几何信息定义示意图；
图7为本发明实施例1中球面的曲面几何信息定义示意图；
图8为本发明实施例1中拉伸曲面的曲面几何信息定义示意图；
图9为本发明实施例1中旋转曲面的曲面几何信息定义示意图；
图10为本发明实施例1中立方体的曲面与曲线关联的示意图；
图11为本发明实施例1中的一种虚拟装配示意图；
图12为本发明实施例1中的一种运动仿真示意图；
图13为本发明实施例2提供的一种三维模型的数据轻理化存储装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种三维模型的数据轻量化存储方法。
图1为本实施例提供的一种三维模型的数据轻量化存储方法的流程图，如图1所示，该方法主要包括以下步骤：
步骤S102，将三维模型划分为多个三角片，获取各个三角片的三角片数据，其中，所述三角片数据包括：三角片的标识和三角片的几何信息。
步骤S104，按照所述三维模型的曲面对所述三维模型的三角片数据进行分组，将属于同一曲面的三角片数据分为一组。
即在本实施例中，在定义三维模型的三角片数据时，将三角片数据按照模型曲面进行分组。
例如，图2所示的立方体模型包含6个平面和12个三角片。定义这个立方体模型的三角片数据时，将12个三角片分为6组，分别对应立方体的6个平面。
步骤S106，获取描述所述三维模型的各个曲面形状的曲面几何信息。
在本实施例中，曲面的几何信息，是指描述曲面形状的数据信息。例如：平面的几何信息包括平面上一点、平面法矢方向等；圆柱面的几何信息包括圆柱中心轴上一点、中心轴方向向量、半径等。
在步骤S106中按照三维模型的曲面分组定义曲面的几何信息。在本发明实施例中，包含但不限于以下曲面的几何信息定义方法：
平面：平面的几何信息使用一个坐标系表示。即，对于三维模型中的平面，其曲面几何信息包括：一个三维坐标系的位置信息数据，其中，如图3所示，该三维坐标系的原点位于该平面上，坐标系Z轴垂直于平面。
圆柱面：圆柱面的几何信息包含一个三维坐标系和圆柱面半径。即，对于三维模型中的圆柱面，其曲面几何信息包括：圆柱面的半径和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，如图4所示，该三维坐标系的原点位于圆柱中心轴线上，坐标系Z轴与圆柱中心轴同轴。
圆锥面：圆锥面的几何信息包含一个三维坐标系和一个角度。即，对于三维模型中的圆锥面，其曲面几何信息包括：圆锥面的母线与圆锥面的中心轴之间的夹角和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，如图5所示，该三维坐标系的原点与圆锥顶点重合，坐标系Z轴与圆锥中心轴同轴，角度表示圆锥母线与圆锥中心轴之间的夹角。
圆环面：圆环面的几何信息包含一个三维坐标系和两个半径。即，对于三维模型中的圆环面，其曲面几何信息包括：圆环面的横截面轮廓圆弧的圆心点与所述圆环面的中心旋转轴之间的距离、圆环面的横截面轮廓圆弧的半径以及一个三维坐标系的位置信息数据，其中，如图6所示，该三维坐标系的原点与圆环中心重合，坐标系的Z轴与圆环面的中心旋转轴同轴，一个半径表示圆环横截面轮廓圆弧的圆心点与圆环中心旋转轴之间的距离，另一个半径表示圆环横截面轮廓圆弧的半径。
球面：球面的几何信息包含一个三维坐标系和球半径。即，对于三维模型中的球面，其曲面几何信息包括：球面的球体半径和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，如图7所示，三维坐标系的原点与球心重合。
拉伸曲面：拉伸曲面的几何信息包含一个三维坐标系和草绘曲线。即，对于三维模型中的拉伸曲面，其曲面几何信息包括：拉伸曲面的草绘曲线的描述信息和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，如图8所示，三维坐标系的原点位于拉伸曲面的草绘曲线所在平面上，坐标系Z轴与拉伸方向平行。
旋转曲面：旋转曲面的几何信息包含一个三维坐标系和草绘曲线。即对于三维模型中的旋转曲面，其曲面几何信息包括：旋转曲面的草绘曲线和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，如图9所示，三维坐标系的原点位于旋转曲面的旋转中心轴线上，三维坐标系的Z轴与旋转曲面的旋转中心轴同轴。
需要说明的是，上面只是列举了三维模型中的部分曲面类型，但并不限于此，在实际应用中，提取三维模型的曲面的曲面几何信息还可以包含样条曲面、NURBS曲面等的形状信息，在本发明实施例中不再一一描述。
步骤S108，获取描述所述三维模型的各条曲线形状的曲线几何信息。
在步骤S108中，按照模型曲线分组定义曲线的几何信息。本发明实施例中，包含但不限于以下曲线的几何信息定义方法：
直线段：直线段的几何信息包含直线段的起点坐标和终点坐标。即对于三维模型中的直线段，其曲线几何信息包括：直线段的起点坐标和终点坐标。
圆弧：圆弧的几何信息包含圆心坐标、定义圆弧所在平面的两个向量、圆弧起始角、圆弧终止角、半径。即对于三维模型中的圆弧，其曲线几何信息包括：圆弧的圆心坐标、确定圆弧所在平面的两个向量的描述信息、圆弧的起始角度、圆弧的终止角度和圆弧的半径。
需要说明的是，上面只是列举了三维模型中的部分曲线类型，但并不限于此，在具体应用中，三维模型的曲线的曲线几何信息还可以包含样条曲线、NURBS曲线等的形状信息。
步骤S110，将三维模型的同一曲面的三角片数据、曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息进行关联存储。
在具体应用中，在执行步骤S110时，可以在每个三角片组内定义与其对应曲面的几何信息组的索引，在每个曲面几何信息组内定义与其对应的三角片组的索引，在每个曲面几何信息组内定义与其边界轮廓相关的曲线的组索引。即可实现三角片数据与曲面几何信息的双向关联，以及曲面几何信息与曲线几何信息的关联。例如，在图10所示的立方体模型中，立方体顶面surface与其4条轮廓边界线E1、E2、E3、E4进行关联。
通过本发明实施例提供的三维模型的数据轻量化存储方法，可以提取三维模型中同一曲面的三角片数据、曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息并进行关联存储，从而简化了三维模型的数据量，同时保留了三维模型的曲面及曲线形状信息，进而可以利用存储的数据进行精确的测量、虚拟装配和运动仿真。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，在步骤S110之后，可以利用存储的数据进行测量，因此，在该可选实施方式中，在步骤S110之后，该方法还可以包括以下步骤：
步骤1，接收到测量指令；
步骤2，响应输入的选择操作，获取被选择的三角片；在具体应用中，用户可以通过拾取显示的三维模型的三角片进行选择，例如，通过鼠标点击某个三角片进行选择。
步骤3，获取被选择的三角片所在的曲面关联的曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息；
步骤4，根据获取到的所述曲面几何信息和所述曲线几何信息，获取到待测量的曲线和/或曲面的关键的几何数据；
步骤5，通过获取的所述关键的几何数据，执行与接收到的曲面和/或曲线测量指令对应的测量计算，得到测量结果。
即在上述可选实施方式中，测量时，可以通过三角片获取到与其对应的曲面几何数据和曲线数据，进而进行精确的测量。例如，测量两个平面之间的夹角或距离，可以通过拾取的人机交互方式，首先在数据上定位到两次拾取的三角片，而后通过三角片所在的组关联到两个平面的几何信息数据，最后通过平面的几何信息数据实现精确的测量计算。
在具体应用中，曲线几何信息和曲面几何信息表示的是曲线和曲面的形状信息，测量时可以直接通过曲线几何信息和曲面几何信息数据反映曲线和曲面的形状。例如，圆柱面的测量结果可以是圆柱面的中心轴线信息和半径值。因此，在上述可选实施方式中，通过曲线和曲面的几何信息可以获取到一些关键的几何数据，例如曲线端点、圆弧中心点、圆柱面中心轴线、圆锥面中心轴线、圆环中心旋转轴线、拉伸曲面的拉伸方向、旋转曲面的旋转中心轴线、球面中心点等。通过这些关键的几何数据，可以进行点的位置、两点间距、点与直线间距、点与平面间距、两直线夹角或间距、直线与平面的夹角或间距、两平面的夹角或间距等测量。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，在步骤S110之后，还可以利用存储的数据进行虚拟装配，因此，在该可选实施方式中，在步骤S110之后，该方法还可以包括：
步骤1，接收到装配指令；
步骤2，响应输入的选择操作，获取被选择的两个三角片；在具体应用中，用户可以通过拾取显示的三维模型的三角片进行选择，例如，通过鼠标点击某个三角片进行选择。
步骤3，根据被选择的两个三角片所在的组确定待装配定位的两个曲面；
步骤4，分别获取所述待装配定位的两个曲面所关联的曲面几何信息以及曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息；
步骤5，根据所述待装配定位的两个曲面的所述曲面几何信息和所述曲线几何信息，计算与所述装配指令对应的空间变换矩阵，完成所述待装配定位的两个曲面的装配定位。
即在上述可选实施方式中，虚拟装配时，可以通过三角片获取到与其对应的曲面几何数据和曲线数据，进行同轴、共面、平行、相切等装配定位。例如，进行同轴装配时，可以通过拾取的人机交互方式定位到两次拾取的三角片，而后通过三角片所在的组关联到两个圆柱面的几何信息数据，最后通过两根圆柱面中心轴的数据计算得到同轴装配所需的空间变换矩阵。
具体地，本发明实施例包含但不限于以下使用几何信息的虚拟装配方法：
同轴：通过三角片获取到与其对应的曲面，若曲面是圆柱面、圆锥面、旋转曲面等可以确定一根轴的曲面，则通过两个曲面的轴线信息即可计算得到同轴装配所需的空间变换矩阵。
共面：通过三角片获取到与其对应的两个平面，通过两个平面的几何信息即可计算得到共面装配所需的空间变换矩阵。
平行：通过三角片获取到与其对应的曲面，若曲面是圆柱面、圆锥面、旋转曲面等可以确定一根轴的曲面，或曲面是平面，则通过两个曲面的轴线信息或平面信息即可计算得到平行装配所需的空间变换矩阵。
相切：通过三角片获取到与其对应的曲面，若曲面是圆柱面或球面，则通过两个曲面的几何信息即可计算得到相切装配所需的空间变换矩阵。
如图11所示，通过拾取轴模型的圆柱曲面三角片，获取轴的中心轴线信息；通过拾取孔模型的圆柱曲面三角片，获取孔的中心轴线信息；通过两根轴线计算的空间变换矩阵，旋转和平移轴模型，使其中心轴与孔中心轴同轴，完成第一步装配。拾取轴模型底部平面三角片，获取轴模型底平面信息；拾取孔模型底部平面三角片，获取孔模型底平面信息；通过两平面计算的空间变换矩阵，平移轴模型，使其底平面与孔模型底平面共面，完成最终装配。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，在步骤S110之后，还可以利用存储的数据进行运动仿真，因此，在该可选实施方式中，在步骤S110之后，该方法还包括：
步骤1，接收到运动仿真指令；
步骤2，响应输入的选择操作，获取被选择的三角片；
步骤3，获取被选择的三角片所在的曲面关联的曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息；
步骤4，根据获取到的所述曲面几何信息和所述曲线几何信息，获取到待运动仿真的曲线和/或曲面的形状特征对应的平移方向和/或旋转轴线；
步骤5，根据获取到的所述平移方向和/或旋转轴线，完成与所述运动仿真指令对应的仿真运动。
即在上述可选实施方式中，运动仿真时，可以通过三角片获取到与其对应的曲面几何数据和曲线数据，进而获取到某些曲面、曲线形状特征对应的平移方向或旋转轴线。例如，通过拾取的人机交互方式，获取到拾取三角片所在组对应的圆柱面几何信息数据，进而根据圆柱面的中心轴确定平移的方向或旋转的轴线信息。
在具体应用中，本发明实施例包含但不限于以下使用几何信息的运动仿真定义方法：
根据曲面定义平移运动：通过三角片获取到与其对应的曲面，若曲面是圆柱面、圆锥面、旋转曲面等可以确定一根轴的曲面，则通过曲面的轴线信息即可得到平移的方向，进而实现平移运动。
根据曲面定义旋转运动：通过三角片获取到与其对应的曲面，若曲面是圆柱面、圆锥面、旋转曲面等可以确定一根轴的曲面，则通过曲面的轴线信息即可得到旋转轴线，进而实现旋转运动。
根据曲面定义复合运动：通过三角片获取到与其对应的曲面，若曲面是圆柱面、圆锥面、旋转曲面等可以确定一根轴的曲面，则通过多个曲面的轴线信息即可得到多个平移方向和多根旋转轴线，进而实现任意数量旋转运动和平移运动级联在一起的复合运动。
如图12所示，通过拾取圆柱曲面c1的三角片，获取圆柱面中心轴线信息，沿着轴线c1旋转即可实现模型A0和A1的仿真运动m1；通过拾取圆柱曲面c2的三角片，获取圆柱面中心轴线信息，沿着轴线c2平移即可实现组件模型A2的仿真运动m2；通过拾取圆柱曲面c3的三角片，获取圆柱面中心轴线信息，沿着轴线c3旋转即可实现组件模型A3的仿真运动m3；通过拾取圆柱曲面c4的三角片，获取圆柱面中心轴线信息，沿着轴线c4旋转即可实现组件模型A4的仿真运动m4。运动仿真m1、m2、m3、m4结合在一起，即可实现整个机械臂的仿真运动。
需要说明的是，上述只是列举了部分利用轻量化存储的三维模型数据进行测量、虚拟装配和运动仿真，但并不限于此，在实际使用中，还可以利用本发明实施例轻量化存储的三维模型数据进行其他精确计算，例如，三维模型的剖切、碰撞检测等。
实施例2
本实施例提供了一种三维模型的数据轻量化存储装置，该装置可以用于实现实施例1所示的方法。
图13为本实施例提供的一种三维模型的数据轻量化存储装置的结构示意图，如图13所示，该装置主要包括：划分模块310、分组模块320、第一获取模块330、第二获取模块340和存储模块350。
下面主要对本实施例中各个模块的功能进行说明，其它相关部分可以参见实施例1的描述。
划分模块310，用于将三维模型划分为多个三角片，获取各个三角片的三角片数据，其中，所述三角片数据包括：三角片的标识和三角片的几何信息；分组模块320，用于按照所述三维模型的曲面对所述三维模型的三角片数据进行分组，将属于同一曲面的三角片数据分为一组；第一获取模块330，用于获取描述所述三维模型的各个曲面形状的曲面几何信息；第二获取模块340，用于获取描述所述三维模型的各条曲线形状的曲线几何信息；存储模块350，用于将所述三维模型的同一曲面的三角片数据、曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息进行关联存储。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，不同的曲面具有不同的曲面几何信息，其中：
(1)对于所述三维模型中的平面，所述曲面几何信息包括：一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点位于所述三维模型的平面上，Z轴垂直于所述三维模型的平面；
(2)对于所述三维模型中的圆柱面，所述曲面几何信息包括：所述圆柱面的半径和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点位于所述圆柱面的中心轴线上，Z轴与所述圆柱面的中心轴同轴；
(3)对于所述三维模型中的圆锥面，所述曲面几何信息包括：所述圆锥面的母线与所述圆锥面的中心轴之间的夹角和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点与所述圆锥面的顶点重合，Z轴与所述圆锥面的中心轴同轴；
(4)对于所述三维模型中的圆环面，所述曲面几何信息包括：所述圆环面的横截面轮廓圆弧的圆心点与所述圆环面的中心旋转轴之间的距离、所述圆环面的横截面轮廓圆弧的半径以及一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点与所述圆环面的中心重合，Z轴与所述圆环面的中心旋转轴同轴；
(5)对于所述三维模型中的球面，所述几何信息包括：所述球面的球体半径和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点与所述球面的球心重合；
(6)对于所述三维模型中的拉伸曲面，所述几何信息包括：所述拉伸曲面的草绘曲线的描述信息和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点位于所述拉伸曲面的草绘曲线所在的平面上，Z轴与所述拉伸曲面的拉伸方向平行；
(7)对于所述三维模型中的旋转曲面，所述几何信息包括：所述旋转曲面的草绘曲线和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点位于所述旋转曲面的旋转中心轴上，Z轴与所述旋转曲面的旋转中心轴同轴。
需要说明的是，上述只是定义了部分曲面的曲面几何信息，但并不限于此，在实际应用中还可以包括其它类型的曲面的曲面几何信息，并且，具体的曲面的曲面几何信息可以根据具体的曲面特征来确定，本实施例中不再一一举例说明。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，不同类型的曲线具有不同的曲线几何信息，例如，对于所述三维模型中的直线段，所述曲线几何信息包括：所述直线段的起点坐标和终点坐标；对于所述三维模型中的圆弧，所述曲线几何信息包括：所述圆弧的圆心坐标、确定所述圆弧所在平面的两个向量的描述信息、所述圆弧的起始角度、所述圆弧的终止角度和所述圆弧的半径。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，该装置还包括：测量模块，用于接收到测量指令；响应输入的选择操作，获取被选择的三角片；从所述存储模块获取被选择的三角片所在的曲面关联的曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息；根据获取到的所述曲面几何信息和所述曲线几何信息，获取到待测量的曲线和/或曲面的关键的几何数据；通过获取的所述关键的几何数据，执行与接收到的曲面和/或曲线测量指令对应的测量计算，得到测量结果。通过测量模块，可以利用存储模块存储的三维模型数据进行精确测量。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，该装置还可以包括：虚拟装配模块，用于接收装配指令；响应输入的选择操作，获取被选择的两个三角片；根据被选择的两个三角片所在的组确定待装配定位的两个曲面；分别获取所述待装配定位的两个曲面所关联的曲面几何信息以及曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息；根据所述待装配定位的两个曲面的所述曲面几何信息和所述曲线几何信息，计算与所述装配指令对应的空间变换矩阵，完成所述待装配定位的两个曲面的装配定位。通过虚拟装配模块，可以利用存储模块存储的三维模型数据进行精确装配定位。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，该装置还可以包括：运动仿真模块，用于接收运动仿真指令；响应输入的选择操作，获取被选择的三角片；获取被选择的三角片所在的曲面关联的曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息；根据获取到的所述曲面几何信息和所述曲线几何信息，获取到待运动仿真的曲线和/或曲面的形状特征对应的平移方向和/或旋转轴线；根据获取到的所述平移方向和/或旋转轴线，完成与所述运动仿真指令对应的仿真运动。通过运动仿真模块，可以利用存储模块存储的三维模型数据对三维模型进行精确仿真运动。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (10)
1.一种三维模型的数据轻量化存储方法，其特征在于，包括：
将三维模型划分为多个三角片，获取各个三角片的三角片数据，其中，所述三角片数据包括：三角片的标识和三角片的几何信息；
按照所述三维模型的曲面对所述三维模型的三角片数据进行分组，将属于同一曲面的三角片数据分为一组；
获取描述所述三维模型的各个曲面形状的曲面几何信息；
获取描述所述三维模型的各条曲线形状的曲线几何信息；
将所述三维模型的同一曲面的三角片数据、曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息进行关联存储；
其中，在将所述三维模型的同一曲面的三角片数据、曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息进行关联存储之后，所述方法还包括：
接收到装配指令；
响应输入的选择操作，获取被选择的两个三角片；
根据被选择的两个三角片所在的组确定待装配定位的两个曲面；
分别获取所述待装配定位的两个曲面所关联的曲面几何信息以及曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息；
根据所述待装配定位的两个曲面的所述曲面几何信息和所述曲线几何信息，计算与所述装配指令对应的空间变换矩阵，完成所述待装配定位的两个曲面的装配定位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
对于所述三维模型中的平面，所述曲面几何信息包括：一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点位于所述三维模型的平面上，Z轴垂直于所述三维模型的平面；
对于所述三维模型中的圆柱面，所述曲面几何信息包括：所述圆柱面的半径和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点位于所述圆柱面的中心轴线上，Z轴与所述圆柱面的中心轴同轴；
对于所述三维模型中的圆锥面，所述曲面几何信息包括：所述圆锥面的母线与所述圆锥面的中心轴之间的夹角和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点与所述圆锥面的顶点重合，Z轴与所述圆锥面的中心轴同轴；
对于所述三维模型中的圆环面，所述曲面几何信息包括：所述圆环面的横截面轮廓圆弧的圆心点与所述圆环面的中心旋转轴之间的距离、所述圆环面的横截面轮廓圆弧的半径以及一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点与所述圆环面的中心重合，Z轴与所述圆环面的中心旋转轴同轴；
对于所述三维模型中的球面，所述曲面几何信息包括：所述球面的球体半径和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点与所述球面的球心重合；
对于所述三维模型中的拉伸曲面，所述曲面几何信息包括：所述拉伸曲面的草绘曲线的描述信息和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点位于所述拉伸曲面的草绘曲线所在的平面上，Z轴与所述拉伸曲面的拉伸方向平行；
对于所述三维模型中的旋转曲面，所述曲面几何信息包括：所述旋转曲面的草绘曲线和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点位于所述旋转曲面的旋转中心轴上，Z轴与所述旋转曲面的旋转中心轴同轴。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
对于所述三维模型中的直线段，所述曲线几何信息包括：所述直线段的起点坐标和终点坐标；
对于所述三维模型中的圆弧，所述曲线几何信息包括：所述圆弧的圆心坐标、确定所述圆弧所在平面的两个向量的描述信息、所述圆弧的起始角度、所述圆弧的终止角度和所述圆弧的半径。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，在将所述三维模型的同一曲面的三角片数据、曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息进行关联存储之后，所述方法还包括：
接收到测量指令；
响应输入的选择操作，获取被选择的三角片；
获取被选择的三角片所在的曲面关联的曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息；
根据获取到的所述曲面几何信息和所述曲线几何信息，获取到待测量的曲线和/或曲面的关键的几何数据；
通过获取的所述关键的几何数据，执行与接收到的曲面和/或曲线测量指令对应的测量计算，得到测量结果。
5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，在将所述三维模型的同一曲面的三角片数据、曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息进行关联存储之后，所述方法还包括：
接收到运动仿真指令；
响应输入的选择操作，获取被选择的三角片；
获取被选择的三角片所在的曲面关联的曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息；
根据获取到的所述曲面几何信息和所述曲线几何信息，获取到待运动仿真的曲线和/或曲面的形状特征对应的平移方向和/或旋转轴线；
根据获取到的所述平移方向和/或旋转轴线，完成与所述运动仿真指令对应的仿真运动。
6.一种三维模型的数据轻量化存储装置，其特征在于，包括：
划分模块，用于将三维模型划分为多个三角片，获取各个三角片的三角片数据，其中，所述三角片数据包括：三角片的标识和三角片的几何信息；
分组模块，用于按照所述三维模型的曲面对所述三维模型的三角片数据进行分组，将属于同一曲面的三角片数据分为一组；
第一获取模块，用于获取描述所述三维模型的各个曲面形状的曲面几何信息；
第二获取模块，用于获取描述所述三维模型的各条曲线形状的曲线几何信息；
存储模块，用于将所述三维模型的同一曲面的三角片数据、曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息进行关联存储；
其中，所述装置还包括：
虚拟装配模块，用于接收装配指令；响应输入的选择操作，获取被选择的两个三角片；根据被选择的两个三角片所在的组确定待装配定位的两个曲面；分别获取所述待装配定位的两个曲面所关联的曲面几何信息以及曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息；根据所述待装配定位的两个曲面的所述曲面几何信息和所述曲线几何信息，计算与所述装配指令对应的空间变换矩阵，完成所述待装配定位的两个曲面的装配定位。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
对于所述三维模型中的平面，所述曲面几何信息包括：一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点位于所述三维模型的平面上，Z轴垂直于所述三维模型的平面；
对于所述三维模型中的圆柱面，所述曲面几何信息包括：所述圆柱面的半径和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点位于所述圆柱面的中心轴线上，Z轴与所述圆柱面的中心轴同轴；
对于所述三维模型中的圆锥面，所述曲面几何信息包括：所述圆锥面的母线与所述圆锥面的中心轴之间的夹角和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点与所述圆锥面的顶点重合，Z轴与所述圆锥面的中心轴同轴；
对于所述三维模型中的圆环面，所述曲面几何信息包括：所述圆环面的横截面轮廓圆弧的圆心点与所述圆环面的中心旋转轴之间的距离、所述圆环面的横截面轮廓圆弧的半径以及一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点与所述圆环面的中心重合，Z轴与所述圆环面的中心旋转轴同轴；
对于所述三维模型中的球面，所述几何信息包括：所述球面的球体半径和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点与所述球面的球心重合；
对于所述三维模型中的拉伸曲面，所述几何信息包括：所述拉伸曲面的草绘曲线的描述信息和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点位于所述拉伸曲面的草绘曲线所在的平面上，Z轴与所述拉伸曲面的拉伸方向平行；
对于所述三维模型中的旋转曲面，所述几何信息包括：所述旋转曲面的草绘曲线和一个三维坐标系的位置信息数据，其中，该三维坐标系的原点位于所述旋转曲面的旋转中心轴上，Z轴与所述旋转曲面的旋转中心轴同轴。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
对于所述三维模型中的直线段，所述曲线几何信息包括：所述直线段的起点坐标和终点坐标；
对于所述三维模型中的圆弧，所述曲线几何信息包括：所述圆弧的圆心坐标、确定所述圆弧所在平面的两个向量的描述信息、所述圆弧的起始角度、所述圆弧的终止角度和所述圆弧的半径。
9.根据权利要求6至8任一项所述的装置，其特征在于，还包括：
测量模块，用于接收到测量指令；响应输入的选择操作，获取被选择的三角片；从所述存储模块获取被选择的三角片所在的曲面关联的曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息；根据获取到的所述曲面几何信息和所述曲线几何信息，获取到待测量的曲线和/或曲面的关键的几何数据；通过获取的所述关键的几何数据，执行与接收到的曲面和/或曲线测量指令对应的测量计算，得到测量结果。
10.根据权利要求6至8任一项所述的装置，其特征在于，还包括：
运动仿真模块，用于接收运动仿真指令；响应输入的选择操作，获取被选择的三角片；获取被选择的三角片所在的曲面关联的曲面几何信息以及该曲面的边界轮廓曲线的曲线几何信息；根据获取到的所述曲面几何信息和所述曲线几何信息，获取到待运动仿真的曲线和/或曲面的形状特征对应的平移方向和/或旋转轴线；根据获取到的所述平移方向和/或旋转轴线，完成与所述运动仿真指令对应的仿真运动。
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Granted publication date: 20221101 Pledgee: Haidian Beijing science and technology enterprise financing Company limited by guarantee Pledgor: Beijing Huanhui Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023110000046 |
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Denomination of invention: A Lightweight Data Storage Method and Device for 3D Models Granted publication date: 20221101 Pledgee: Haidian Beijing science and technology enterprise financing Company limited by guarantee Pledgor: Beijing Huanhui Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024110000110 |