CN113591168B - 一种基于点间距离的三维拉伸体分析与生成方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于点间距离的三维拉伸体分析与生成方法及系统，其技术方案为：包括获取图形文件数据，计算其中与坐标原点距离最近的点作为初始点；获取矩形平面中各点信息，根据初始点确定首段矩形平面的参数信息；遍历所有线信息，得到圆弧段参数及与圆弧段相连的后一段矩形平面参数信息；存储所有矩形平面、圆弧段参数信息，根据参数信息重新构建三维拉伸体，以利用三维拉伸体连接电气设备。本发明实现了STEP文件的参数读取操作，并且利用三维信息重建图形，克服了导入STEP文件之后对图形参数不能修改的障碍，提高了三维图形的设计效率，保证电气设备的连接性能。

Description

一种基于点间距离的三维拉伸体分析与生成方法及系统

技术领域

本发明涉及图形文件处理技术领域，尤其涉及一种基于点间距离的三维拉伸体分析与生成方法及系统。

背景技术

三维拉伸体广泛应用于电气设备中，其作为连接部件，主要作用是汇集、分配、传送电能，例如室内变压器到配电柜再到电源总闸然后连接到各分闸。三维拉伸体图形文件(例如STEP文件)的读取在整个软件开发过程中具有举足轻重的作用。由图纸加工出来的工件的的宽度、厚度等尺寸信息都会对工业生产过程中的电力分配产生重要的影响。

而三维图形的设计对工业加工过程具有至关重要的作用，图形可以利用专用软件自主设计并且进行加工，也可以利用通用软件导入三维文件格式。但一般导入三维文件之后无法进行图形的长、宽、折弯角度等参数的修改，这样导致各个软件之间对文件的通用性不友好，大大降低了工件的读取与加工效率，从而影响电气设备的连接性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于点间距离的三维拉伸体分析与生成方法及系统，实现了图形文件的参数读取操作，并且利用三维信息重建图形，克服了导入图形文件之后对图形参数不能修改的障碍，提高了三维图形的设计效率，保证电气设备的连接性能。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种基于点间距离的三维拉伸体分析与生成方法，包括：

获取图形文件数据，计算其中与坐标原点距离最近的点作为初始点；

获取矩形平面中各点信息，根据初始点确定首段矩形平面的参数信息；

遍历所有线信息，得到圆弧段参数及与圆弧段相连的后一段矩形平面参数信息；

存储所有矩形平面、圆弧段参数信息，根据参数信息重新构建三维拉伸体，以利用三维拉伸体连接电气设备。

作为进一步的实现方式，获取图形文件中的所有点、线、面信息；

以正视图形方向的面为基准，确定矩形平面的四个点坐标；以线的一个端点与矩形平面第一点的距离小于设定值为第一判断条件，根据第一判断条件判断图形文件是否为标准模型。

作为进一步的实现方式，满足第一判断条件的线段分为：与长度方向一致的第一线段、与宽度方向一致的第二线段、与厚度方向一致的第三线段；

以初始点作为首段矩形平面的第一点，根据满足第一判断条件的线段确定首段矩形平面的第二点、第四点，从而确定第三点的坐标。

作为进一步的实现方式，以线为圆弧、线的其中一个端点与矩形平面的第二点或第三点距离小于设定值为第二判断条件；满足第二判断条件的线即为下一段将要读取的圆弧段，圆弧段的另一个端点即为下一矩形平面的第一点或第四点。

作为进一步的实现方式，当最后一个矩形平面的第一点和第四点坐标确定，且没有与此两点相邻的圆弧段，表示图形信息读取完毕。

作为进一步的实现方式，将三维图形的参数信息存储于表格中，通过读取表格数据重新生成三维图形。

作为进一步的实现方式，将二维矩形进行平移、旋转操作，并利用三维空间中旋转矩阵计算坐标的方法重建三维图形。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基于点间距离的三维拉伸体分析与生成系统，包括：

初始点计算模块，其用于获取图形文件数据，计算其中与坐标原点距离最近的点作为初始点；

第一参数信息获取模块，其用于获取矩形平面中各点信息，根据初始点确定首段矩形平面的参数信息；

第二参数信息获取模块，其用于遍历所有线信息，得到圆弧段参数及与圆弧段相连的后一段矩形平面参数信息；

三维拉伸体构建模块，其用于存储所有矩形平面、圆弧段参数信息，根据参数信息重新构建三维拉伸体。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的一种基于点间距离的三维拉伸体分析与生成方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的一种基于点间距离的三维拉伸体分析与生成方法。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明的一个或多个实施方式使用AnyCAD平台导入标准的图形文件(例如STEP文件)，通过计算相应点之间的距离并且分析线的类型(线段和曲线)，获取每段图形的长度、宽度、厚度、折弯角度等信息；实现了图形文件的读取与分析，读取三维图形文件效率大大提高，并且能准确获取三维拉伸体的参数信息并存储。

(2)本发明的一个或多个实施方式在图形文件的参数读取操作后，利用二维矩形的旋转和平移等操作重建三维拉伸体，克服了导入图形文件之后对图形参数不能修改的障碍，提高了三维图形的设计效率，保证电气设备的连接性能。

(3)本发明的一个或多个实施方式导入文件之后，可以根据获得的图形信息，能在原图纸上对图形进行增添、删除、修改等操作。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的流程图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的详细过程图；

图3(a)和图3(b)是本发明根据一个或多个实施方式的3D图形示意图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式的首段图形点的关系示意图；

图5是本发明根据一个或多个实施方式的母排各点坐标示意图；

图6是本发明根据一个或多个实施方式的二维矩形示意图；

图7是本发明根据一个或多个实施方式的首段图形示意图；

图8是本发明根据一个或多个实施方式的图形中心点轨迹图；

图9是本发明根据一个或多个实施方式的绕与矩形长度平行的轴旋转几何示意图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例提供了一种基于点间距离的三维拉伸体分析与生成方法，如图1所示，包括：

获取图形文件数据，计算其中与坐标原点距离最近的点作为初始点；

获取矩形平面中各点信息，根据初始点确定首段矩形平面的参数信息；

遍历所有线信息，得到圆弧段参数及与圆弧段相连的后一段矩形平面参数信息；

存储所有矩形平面、圆弧段参数信息，根据参数信息重新构建三维拉伸体，以利用三维拉伸体连接电气设备。

本实施例以STEP文件为例进行详细说明，如图2所示，包括以下步骤：

步骤S1：导入文件并选取初始点：

通过AnyCAD平台导入标准的STEP文件，如图3(a)和图3(b)所示的3D形状图，并且遍历文件模型中所有的点坐标记为向量组{a_i}，所有线(包括线段和曲线)记为{b_i}，所有的面(包括平面和曲面)记为{c_i}，并利用公式(1)计算出与坐标原点距离最近的一个点a₀当作初始点。

步骤S2：获取首段图形参数信息：

1)选取正视图形方向的若干个面为基准，每一个矩形平面上有四个点，分别记为{S_i}，{W_i}，{L_i}，{E_i}；在本实施例中，S_i为第一点，L_i为第一点，E_i为第一点，W_i为第一点。

若线段b_i的一个端点与点S_i的距离小于0.01mm，则认为线段b_i的一个端点在点S_i处，若满足此条件的线段有3条，则导入的STEP文件为标准模型，否则导入模型为非标准。将满足此条件的三种类型的线段分别记为：

第一线段：与长度方向一致的{dir_i}，第二线段：与宽度方向一致的{under_i}，第三线段：与厚度方向一致的{nor_i}。

在本实施例中，设定两点的距离小于0.01mm，则认为两点处于同一个位置，这是因为在绘制拉伸体三维STEP文件时两个相交线段的端点并不是绝对重合。

2)记点a₀为S₀。首段矩形平面如图4所示，记三条线段中一端与圆弧相连的线段为dir₀，剩下两条线段中长度较大的一段为under_o，沿着宽度方向，长度较小的一段为nor_o，沿着厚度方向，默认图形宽度大于图形厚度。并且记under₀的另一个端点为W₀，dir₀的另一个端点为L₀，并且由于矩形的不相邻的两条边长度相等并且互相平行，得：

L₀-S₀＝E₀-W₀ (2)

由公式(2)可以求得E₀的坐标。记图形的宽度为w，厚度为t，则可计算得到：

w＝||under_o|| (3)

t＝||nor₀|| (4)

步骤S3：获取圆弧段参数：

对步骤S1中所有的线{b_i}进行遍历，并设置两个判断条件：

1)线为圆弧；

2)线的其中一个端点与L_i或E_i的距离小于0.01mm，即在L_i或E_i处；

满足以上两个条件的线b_i即为下一段将要读取的圆弧段，圆弧段的另一个端点即为S_i+1和W_i+1。

步骤S4：重复步骤S3若干次，获取如图5所示的三维图形各点坐标，直至最后一个矩形平面的两点S_i+1和W_i+1的坐标确定，并且没有与此两点相邻的圆弧段，即表示图形信息读取完毕。

步骤S5：存储数据：

将拉伸体每一段的数据存储在一张表格里，在后续的步骤中只需要从表格读取数据，即可还原整个三维图形。

表1图形数据

旋转方式(0/1)	折弯角度	拉伸长度

步骤S6：首段图形的绘制

利用AnyCAD平台在xoy平面上绘制如图6所示的长为w，宽为t的矩形；

将二维矩形沿着z轴正方向延伸，延伸过程中形成一个立方体，即如图7所示的首段图形。

步骤S7：构建拉伸体：

1)将步骤S4中首段拉伸体的上表面绕某个轴进行旋转操作、平移操作，轨迹所形成的几何体即为所要求的三维图形，几何示意如图8所示。

将每一段图形和旋转的起始和终止面的中心点的坐标创建一个列表points。其中，

points[0]＝[0，0，0]^T (5)

设A、B、C三点均为每一块图形或旋转的横截面的中心点，绕与矩形长度平行的轴旋转时的旋转半径为R₁，A(x₁，y₁，z₁)、B(x₂，y₂，z₂)两点坐标已知，此时旋转过程中各点的x坐标未发生变化，由图中几何关系可得到点C坐标(x₃，y₃，z₃)

x₃＝x₂＝x₁ (6)

y₃＝y₂+R₁*(1-cosθ) (7)

z₃＝z₂+R₁*sinθ (8)

2)构建每一段图形的法向量的列表Vec_nor、每一段图形的侧面棱的方向向量Vec_dir、每一段图形底部矩形沿着图形宽度方向的向量Vec_under。其中

Vec_nor[0]＝[0，1，0]^T (9)

Vec_dir[0]＝[0，0，1]^T (10)

Vec_under[0]＝[1，0，0]^T (11)

当处于三维坐标系中，三维图形中某个截面的旋转轴可以是任意的，不一定平行于坐标轴。此时为了方便计算旋转之后相应点的坐标，引入旋转矩阵。旋转矩阵表示某一向量围绕着方向向量为/>的轴旋转θ角度。

3)如图9所示，可以分为与矩形长度平行的轴和与矩形宽度平行的轴两种情况：

绕与矩形长度平行的轴旋转时，向量绕着轴Vec_under[i]×Vec_dir[i]旋转成为向量/>段图形和/>段图形在三维空间中处于相同的平面，此时向量/>可以表示为

由此可以计算出点N′的坐标，进而在图形拉伸过程中各个点的坐标均可迭代计算出来，并存入列表points中。

Vec_dir[i]＝points[3*i]-points[3*i-1] (17)

Vec_under[i]＝Vec_under[i-1] (18)

Vec_nor[i]＝Vec_dir[i]×Vec_under[i] (19)

绕与矩形宽度平行的轴旋转时，向量绕着轴Vec_dir[i]旋转成为向量/>此时向量/>亦可用式(16)表达。同样可以计算出各点的坐标，存入列表points中。

Vec_dir[i]＝points[3*i]-points[3*i-1] (20)

Vec_nor[i]＝Vec_nor[i-1] (21)

Vec_under[i]＝Vec_nor[i]×Vec_dir[i] (22)

本实施例读取三维STEP文件效率大大提高，并且能准确获取三维拉伸体的参数信息并存储；可以导入大部分通用软件绘制的标准三维STEP文件，无需文件转化；导入文件之后，可以根据获得的图形信息，能在原图纸上对图形进行增添、删除、修改等操作。

实施例二：

本实施例提供了一种基于点间距离的三维拉伸体分析与生成系统，包括：

初始点计算模块，其用于获取图形文件数据，计算其中与坐标原点距离最近的点作为初始点；

第一参数信息获取模块，其用于获取矩形平面中各点信息，根据初始点确定首段矩形平面的参数信息；

第二参数信息获取模块，其用于遍历所有线信息，得到圆弧段参数及与圆弧段相连的后一段矩形平面参数信息；

三维拉伸体构建模块，其用于存储所有矩形平面、圆弧段参数信息，根据参数信息重新构建三维拉伸体。

实施例三：

本实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例一所述的一种基于点间距离的三维拉伸体分析与生成方法。

实施例四：

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例一所述的一种基于点间距离的三维拉伸体分析与生成方法。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于点间距离的三维拉伸体分析与生成方法，其特征在于，包括：

获取图形文件数据，计算其中与坐标原点距离最近的点作为初始点；

获取矩形平面中各点信息，根据初始点确定首段矩形平面的参数信息；

遍历所有线信息，得到圆弧段参数及与圆弧段相连的后一段矩形平面参数信息；

存储所有矩形平面、圆弧段参数信息，根据参数信息重新构建三维拉伸体，以利用三维拉伸体连接电气设备；

遍历文件模型中所有的点坐标记为向量组{a_i}，所有线记为{b_i}，包括线段和曲线；所有的面记为{c_i}，包括平面和曲面；并利用公式(1)计算出与坐标原点距离最近的一个点当作初始点；

（1）

所述获取首段矩形平面参数信息，具体为：

1)选取正视图形方向的若干个面为基准，每一个矩形平面上有四个点，分别记为{},{},{/>},{/>}；/>为第一点，/>为第二点，/>为第三点，/>为第四点；

若线段的一个端点与点/>的距离小于设定值，则认为线段/>的一个端点在点/>处，若满足此条件的线段有三条，则导入的文件为标准模型，否则导入模型为非标准；将满足此条件的三种类型的线段分别记为：

第一线段：与长度方向一致的{}，第二线段：与宽度方向一致的{/>}，第三线段：与厚度方向一致的{/>}；

设定两点的距离小于设定值，则认为两点处于同一个位置；

2)记点为/>；首段矩形平面记三条线段中一端与圆弧相连的线段为/>，剩下两条线段中长度较大的一段为/>，沿着宽度方向，长度较小的一段为/>，沿着厚度方向，默认图形宽度大于图形厚度；并且记/>的另一个端点为/>，/>的另一个端点为/>,并且由于矩形的不相邻的两条边长度相等并且互相平行，得：

由公式（2）可以求得的坐标；记图形的宽度为w,厚度为t，则可计算得到：

获取圆弧段参数，具体为：

对所有的线{}进行遍历，并设置两个判断条件：

1)线为圆弧；

2)线的其中一个端点与或/>的距离小于设定值，即在/>或/>处；

满足以上两个条件的线即为下一段将要读取的圆弧段，圆弧段的另一个端点即为和/>；

重复获取圆弧段参数步骤，获取三维图形各点坐标，直至最后一个矩形平面的两点和/>的坐标确定，并且没有与此两点相邻的圆弧段；

将拉伸体每一段的数据存储在一张表格里，在后续的步骤中只需要从表格读取数据，即可还原整个三维图形；

构建拉伸体：

1)将首段拉伸体的上表面绕某个轴进行旋转操作、平移操作，轨迹所形成的几何体即为所要求的三维图形；

将每一段图形和旋转的起始和终止面的中心点的坐标创建一个列表；其中，

设A、B、C三点均为每一块图形或旋转的横截面的中心点，绕与矩形长度平行的轴旋转时的旋转半径为，A（/>）、B（/>）两点坐标已知，此时旋转过程中各点的x坐标未发生变化，由图中几何关系可得到点C坐标（/>）；

2)构建每一段图形的法向量的列表、每一段图形的侧面棱的方向向量/>、每一段图形底部矩形沿着图形宽度方向的向量/>；其中

当处于三维坐标系中，三维图形中某个截面的旋转轴可以是任意的，不一定平行于坐标轴；引入旋转矩阵；旋转矩阵表示某一向量围绕着方向向量为/>的轴旋转/>角度；

（12）

（13）

（14）

（15）

3)分为与矩形长度平行的轴和与矩形宽度平行的轴两种情况：

绕与矩形长度平行的轴旋转时，向量绕着轴/>旋转成为向量，/>段图形和/>段图形在三维空间中处于相同的平面，此时向量/>可以表示为：

（16）

由此可以计算出点的坐标，进而在图形拉伸过程中各个点的坐标均可迭代计算出来，并存入列表points中；

绕与矩形宽度平行的轴旋转时，向量绕着轴/>旋转成为向量/>，此时向量亦可用式（16）表达；同样可以计算出各点的坐标，存入列表/>中；

。

2.根据权利要求1所述的一种基于点间距离的三维拉伸体分析与生成方法，其特征在于，以初始点作为首段矩形平面的第一点，根据满足第一判断条件的线段确定首段矩形平面的第二点、第四点，从而确定第三点的坐标。

3.一种基于点间距离的三维拉伸体分析与生成系统，如权利要求1-2任一项所述的种基于点间距离的三维拉伸体分析与生成方法，其特征在于，包括：

初始点计算模块，其用于获取图形文件数据，计算其中与坐标原点距离最近的点作为初始点；

第一参数信息获取模块，其用于获取矩形平面中各点信息，根据初始点确定首段矩形平面的参数信息；

第二参数信息获取模块，其用于遍历所有线信息，得到圆弧段参数及与圆弧段相连的后一段矩形平面参数信息；

三维拉伸体构建模块，其用于存储所有矩形平面、圆弧段参数信息，根据参数信息重新构建三维拉伸体。

4.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-2任一项所述的一种基于点间距离的三维拉伸体分析与生成方法。

5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-2任一项所述的一种基于点间距离的三维拉伸体分析与生成方法。