CN115563732A - 基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化方法及装置 - Google Patents

基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化方法及装置 Download PDF

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CN115563732A CN202211202095.6A CN202211202095A CN115563732A CN 115563732 A CN115563732 A CN 115563732A CN 202211202095 A CN202211202095 A CN 202211202095A CN 115563732 A CN115563732 A CN 115563732A
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Abstract

本发明涉及一种基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化方法及装置，所述方法包括：对待喷涂对象进行变形调整，使其与待喷涂对象的标准三维模型相匹配；采集所述待喷涂对象对应的待喷涂图像，并根据所述待喷涂图像获取与待喷涂图像对应的虚拟模型，并根据与待喷涂图像对应的虚拟模型得到优化仿真喷涂轨迹。本发明可以提高对喷涂轨迹的修复能力。

Description

基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化方法及装置
技术领域
本发明涉及人工智能领域，尤其涉及一种基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化方法、装置、电子设备以及存储介质。
背景技术
基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化是指利用三维模型对实际被喷涂的对象进行建模，利用仿真模拟对建立好的模型进行喷涂轨迹设计的过程，目的在于减少人力喷涂试错的成本，提升喷涂效率。
目前，人工智能喷涂技术在国内外已经被多次研究，并且已经将此技术应用在一些汽车制造厂中，例如RBF神经网络的插补算法和PSO算法解决了在喷涂路径的避障方面的问题，以及其他喷涂技术采用泰勒展开式保证步长恒定和喷涂间距相等，保证在喷涂过程中喷枪垂直与喷涂面，且喷涂距离恒定，提升了喷涂表面的喷涂均匀性，但这些技术针对汽车补漆或者二次喷涂方面的技术方案比较欠缺。因此，基于虚拟现实的喷涂在已经完成的喷涂轨迹发生损坏的情况下，对喷涂轨迹的修复能力不足。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化方法、装置、电子设备以及存储介质，可以提高在已经完成的喷涂轨迹发生损坏的情况下，对喷涂轨迹的修复能力。
第一方面，本发明提供了一种基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化方法，包括：
对待喷涂对象进行变形调整，使其与待喷涂对象的标准三维模型相匹配；
采集所述待喷涂对象对应的待喷涂图像，并根据所述待喷涂图像获取与待喷涂图像对应的虚拟模型，并根据与待喷涂图像对应的虚拟模型得到优化仿真喷涂轨迹。
优选的，对待喷涂对象进行变形调整，使其与待喷涂对象的标准三维模型相匹配包括：
获取待喷涂对象的标准三维点云数据，并根据所述标准三维点云数据创建该待喷涂对象的标准三维模型；
将待喷涂对象安装于支撑设备；
获取待喷涂对象表面的实际三维点云数据，并将所述实际三维点云数据与标准三维点云数据进行点云匹配，以获取待喷涂对象的现实物理空间位置坐标；
通过智能移动终端在待喷涂对象的现实物理空间位置坐标处调用标准三维点云数据，并将标准三维模型与待喷涂对象进行空间位置叠加并显示；
调整待喷涂对象整体/局部的位置，直至待喷涂对象与标准三维模型的相对位置偏差符合预设条件。
优选的，采集所述待喷涂对象对应的待喷涂图像，并根据所述待喷涂图像获取与待喷涂图像对应的虚拟模型，并根据与待喷涂图像对应的虚拟模型得到优化仿真喷涂轨迹包括：
采集所述待喷涂对象对应的待喷涂图像，对所述待喷涂图像进行实体提取，得到图像提取实体，对所述图像提取实体进行关键点检测，得到检测关键点；
对所述检测关键点进行关键点拼接，得到拼接关键点，构建所述拼接关键点的虚拟坐标系，根据所述虚拟坐标系，对所述拼接关键点进行虚拟模型转换，得到所述待喷涂图像的虚拟模型；
对所述虚拟模型进行喷涂面分割，得到分割喷涂面，识别所述分割喷涂面中的喷涂面点，配置所述喷涂面点的位置坐标，根据所述位置坐标，计算所述喷涂面点的边缘坐标，根据所述位置坐标与所述边缘坐标，对所述喷涂面点进行序列化转换，得到所述分割喷涂面的序列化面点；
对所述序列化面点进行等距分割，得到分割面点，对所述分割面点进行领域面点组合，得到组合面点，计算所述组合面点的交叉领域距离，根据所述交叉领域距离，计算所述分割喷涂面的喷涂轨迹点；
计算所述喷涂轨迹点的喷涂仿真方向，根据所述喷涂仿真方向，对所述喷涂轨迹点进行喷涂仿真模拟，得到所述待喷涂对象的仿真喷涂轨迹，对所述仿真喷涂轨迹进行喷涂轨迹优化，得到优化仿真喷涂轨迹。
在第一方面的一种可能实现方式中，所述对所述检测关键点进行关键点拼接，得到拼接关键点，包括：
获取所述检测关键点对应的图像提取实体，在所述图像提取实体中查询所述检测关键点的关键点位置；
根据所述关键点位置，确定所述检测关键点中每个关键点之间的相对位置；
根据所述相对位置，确定所述检测关键点中每个关键点之间的拼接关系；
根据所述拼接关系，确定所述检测关键点的拼接关键点。
在第一方面的一种可能实现方式中，所述识别所述分割喷涂面中的喷涂面点，包括：
利用下述公式计算所述喷涂面点的面点距离：
Figure BDA0003872759970000031
其中，d表示所述喷涂面点中任意两个面点之间的面点距离，w1j和w2j表示喷涂面点中任意两个面点，1与2表示面点的序号，j表示面点中向量值的序列号；
从所述面点距离中筛选符合预设距离的目标距离；
查询所述目标距离对应的目标面点，将所述目标面点作为所述喷涂面点。
在第一方面的一种可能实现方式中，所述根据所述位置坐标，计算所述喷涂面点的边缘坐标，包括：
根据所述位置坐标，查询所述喷涂面点的远点与领域点；
根据所述坐标位置，识别所述远点与所述领域点之间的相对距离；
根据所述相对距离，利用下述公式计算所述喷涂面点的边缘距离：
Figure BDA0003872759970000032
其中，R'表示所述喷涂面点的边缘距离，N表示所述远点与所述领域点之间的相对距离的数量即所述领域点的数量，di表示所述相对距离；
根据所述边缘距离，确定所述喷涂面点的边缘面点；
根据所述位置坐标，确定所述边缘面点的边缘坐标。
在第一方面的一种可能实现方式中，所述对所述序列化面点进行等距分割，得到分割面点，包括：
确定所述序列化面点的分割长度；
构建所述序列化面点的垂直分割面；
根据所述分割长度与所述垂直分割面，确定所述序列化面点的分割面点。
在第一方面的一种可能实现方式中，所述根据所述交叉领域距离，计算所述分割喷涂面的喷涂轨迹点，包括：
查询所述交叉领域距离对应的目标组合面点；
对所述目标组合面点进行面点交叉匹配，得到交叉匹配面点；
根据所述交叉匹配面点，利用下述公式计算所述分割喷涂面的喷涂轨迹点：
Figure BDA0003872759970000041
x＝t(xui-xvi)+xvi
y＝t(yui-yvi)+yvi
Z＝t(zui-zvi)+zvi
f＝f(x，y，z)
其中，f表示所述分割喷涂面的喷涂轨迹点，t表示变参数，xui与xvi表示所述交叉匹配面点中的点，x，y，z表示所述喷涂轨迹点的坐标。
在第一方面的一种可能实现方式中，所述计算所述喷涂轨迹点的喷涂仿真方向，包括：
构建所述喷涂轨迹点的向量方向；
根据所述向量方向，利用下述公式计算所述喷涂轨迹点的方向向量：
Figure BDA0003872759970000042
其中，
Figure BDA0003872759970000043
表示所述方向向量，
Figure BDA0003872759970000044
与
Figure BDA0003872759970000045
表示所述向量方向；
利用下述公式计算所述向量方向的向量权重：
Figure BDA0003872759970000051
其中，αj表示所述向量方向的向量权重，j表示由所述向量方向构成的所述喷涂轨迹点周边的图形的数量，
Figure BDA0003872759970000052
表示由所述向量方向构成的图形的面积；
根据所述方向向量与所述向量权重，利用下述公式计算所述喷涂轨迹点的喷涂仿真方向：
Figure BDA0003872759970000053
其中，
Figure BDA0003872759970000054
表示所述喷涂轨迹点的喷涂仿真方向，αj表示所述向量方向的向量权重，j表示由所述向量方向构成的所述喷涂轨迹点周边的图形的数量，
Figure BDA0003872759970000055
表示所述方向向量。
第二方面，本发明提供了一种基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化装置，所述装置包括：
图像关键检测模块，用于采集所述待喷涂对象对应的待喷涂图像，对所述待喷涂图像进行实体提取，得到图像提取实体，对所述图像提取实体进行关键点检测，得到检测关键点；
虚拟模型转换模块，用于对所述检测关键点进行关键点拼接，得到拼接关键点，构建所述拼接关键点的虚拟坐标系，根据所述虚拟坐标系，对所述拼接关键点进行虚拟模型转换，得到所述待喷涂图像的虚拟模型；
面点序列转换模块，用于对所述虚拟模型进行喷涂面分割，得到分割喷涂面，识别所述分割喷涂面中的喷涂面点，配置所述喷涂面点的位置坐标，根据所述位置坐标，计算所述喷涂面点的边缘坐标，根据所述位置坐标与所述边缘坐标，对所述喷涂面点进行序列化转换，得到所述分割喷涂面的序列化面点；
喷涂轨迹计算模块，用于对所述序列化面点进行等距分割，得到分割面点，对所述分割面点进行领域面点组合，得到组合面点，计算所述组合面点的交叉领域距离，根据所述交叉领域距离，计算所述分割喷涂面的喷涂轨迹点；
喷涂轨迹优化模块，用于计算所述喷涂轨迹点的喷涂仿真方向，根据所述喷涂仿真方向，对所述喷涂轨迹点进行喷涂仿真模拟，得到所述待喷涂对象的仿真喷涂轨迹，对所述仿真喷涂轨迹进行喷涂轨迹优化，得到优化仿真喷涂轨迹。
与现有技术相比，本方案的技术原理及有益效果在于：
本发明将待喷涂对象与其标准三维模型进行虚实叠加，使得使用者能直观的获取当前待喷涂对象与其标准三维模型的相对位置偏差，进而根据标准三维模型对现实中的待喷涂对象进行物理上的变形调整，然后再生成仿真喷涂轨迹，由此即可保证仿真喷涂轨迹与未变形的待喷涂对象始终匹配；
另外，本发明通过采集所述待喷涂对象对应的二维待喷涂图像，并将二维图像转换为三维模型，进一步通过实体提取、关键点检测、虚拟模型转换、喷涂面分割等步骤对所述喷涂轨迹点进行喷涂仿真模拟，以用于在虚拟环境中仿真模拟实际喷涂过程，减少了在实际环境中喷涂试错的成本，同时可以通过对发生损坏的喷涂轨迹继续进行特征分析与修复，提升了对损坏的喷涂轨迹的修复能力。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化方法的流程示意图；
图2为本发明中在待喷涂对象处调用标注三维模型的示意图；
图3为本发明中根据标准三维模型对待喷涂对象进行物理变形调整的示意图；
图4为本发明中待喷涂对象与其标准三维模型的相对位置偏差符合预设条件时的示意图；
图5为本发明中待喷涂对象与其标准三维模型的相对位置偏差符合预设条件时的实际效果图；
图6本发明一实施例提供的根据与待喷涂图像对应的虚拟模型得到优化仿真喷涂轨迹的流程示意图；
图7为本发明图6所提供方法中的一个步骤的流程示意图；
图8为本发明图6提供所提供方法中的另一个步骤的流程示意图；
图9为本发明一实施例提供的一种基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化装置的模块示意图；
图10为本发明一实施例提供的实现基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化方法的电子设备的内部结构示意图。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
本实施例提供一种基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化方法，所述基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化方法的执行主体包括但不限于服务端、终端等能够被配置为执行本发明实施例提供的该方法的电子设备中的至少一种。换言之，所述基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化方法可以由安装在终端设备或服务端设备的软件或硬件来执行，所述软件可以是区块链平台。所述服务端包括但不限于：单台服务器、服务器集群、云端服务器或云端服务器集群等。所述服务器可以是独立的服务器，也可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、内容分发网络(ContentDelivery Network，CDN)、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。
参阅图1所示，是本发明一实施例提供的基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化方法的流程示意图。其中，图1中描述的基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化方法包括：
对待喷涂对象进行变形调整，使其与待喷涂对象的标准三维模型相匹配，所述相匹配包括待喷涂对象与其待喷涂对象的标准三维模型的相对位置偏差符合预设条件；
采集所述待喷涂对象对应的待喷涂图像，并根据所述待喷涂图像获取与待喷涂图像对应的虚拟模型，并根据与待喷涂图像对应的虚拟模型得到优化仿真喷涂轨迹。
具体的，对待喷涂对象进行变形调整，使其与待喷涂对象的标准三维模型相匹配包括如下步骤：
S111、通过数字建模工具(如扫描仪，深度相机等)获取待喷涂对象P的标准三维点云数据，并根据所述标准三维点云数据创建该待喷涂对象P的标准三维模型100；所述待喷涂对象P的标准三维点云数据是指待喷涂对象未产生变形时的点云数据；
进一步的，所述标准三维模型100、标准三维点云数据上传至后台系统并进行存储，其中，所述后台系统可以布署在本地或外部，比如直接运行在智能移动终端、本地局域网服务器或云服务器等，所述智能移动终端包括可穿戴设备(如VR眼镜、VR头盔)、智能手机、平板电脑等；
S112、如图2所示，将待喷涂对象P安装于支撑设备200(如喷涂支架等)上，此时，若待喷涂对象P(如汽车前保险杠等)较为柔软，则待喷涂对象P安装到支撑设备200上后，即会因为重力等原因产生不可控的柔性变形(如汽车前保险杠两侧因重力下垂)，导致待喷涂对象P整体位置发生变化；
S113、通过双目视觉成像、激光扫描或深度相机SLAM算法等技术获取待喷涂对象P表面的实际三维点云数据，并将所述实际三维点云数据与标准三维点云数据进行点云匹配，以获取待喷涂对象P的现实物理空间位置坐标；
其中，所述双目视觉成像、激光扫描或深度相机SLAM算法等技术可以搭载于后台系统上运行；
S114、采用MR/AR技术数字或数字孪生技术等，在待喷涂对象P的现实物理空间位置坐标处调用标准三维点云数据并显示；
并将标准三维模型100与待喷涂对象P进行空间位置叠加，由此，使用者可通过后台系统直观的看到待喷涂对象P与标准三维模型100的相对位置偏差；
S115、如图3所示，调整待喷涂对象P整体/局部的位置，直至待喷涂对象P与标准三维模型100的相对位置偏差符合预设条件(如图4-5所示)；
其中，所述调整包括通过手动或设备改变待喷涂对象P整体/局部的位置，如将待喷涂对象P抬高/降低，再通过螺钉/螺栓、绑带等部件将待喷涂对象P的整体/局部固定到支撑设备200的特定位置处；
所述待喷涂对象P与标准三维模型100的相对位置偏差符合预设条件包括：待喷涂对象P与标准三维模型100完全重合(即相对位置偏差为0)，或二者之间存在相对位置偏差，但该相对位置偏差在预设范围内。
现有技术中，多根据未发生变形的待喷涂对象生成对应的喷涂轨迹，即标准喷涂轨迹，然后喷涂设备(如喷涂机器人)根据标准喷涂轨迹进行喷涂作业。
但如上所述，若待喷涂对象安装在支撑设备上，且产生变形后，则待喷涂对象整体/局部的位置无法与未发生变形的标准待喷涂对象匹配，此时喷涂设备上加载的标准喷涂轨迹即无法与变形的待喷涂对象对应，导致喷涂设备无法完成高质量喷涂作业，如汽车前保险杠两端下垂后，若喷涂设备仍然按照标准喷涂轨迹进行喷涂，则可能喷涂涂料无法被喷到汽车前保险杠两端表面。
由此，本实施例中，通过将待喷涂对象P与其标准三维模型100进行虚实叠加，使得使用者能直观的获取当前待喷涂对象P与其标准三维模型100的相对位置偏差，进而根据标准三维模型100对现实中的待喷涂对象P进行物理上的变形调整，使得待喷涂对象P与标准三维模型100的相对位置偏差符合预设条件，然后再生成仿真喷涂轨迹，由此即可保证仿真喷涂轨迹与未变形的待喷涂对象P始终匹配，进而保证喷涂作业质量。
进一步的，如图6所示，采集所述待喷涂对象对应的待喷涂图像，并根据所述待喷涂图像获取与待喷涂图像对应的虚拟模型，并根据与待喷涂图像对应的虚拟模型得到优化仿真喷涂轨迹包括：
S1、采集所述待喷涂对象对应的待喷涂图像，对所述待喷涂图像进行实体提取，得到图像提取实体，对所述图像提取实体进行关键点检测，得到检测关键点。
本发明实施例通过获取待喷涂对象，以用于分析所述待喷涂对象的结构特征，保障后续对所述待喷涂对象进行现实与虚拟转换。
进一步地，本发明实施例通过采集所述待喷涂对象对应的待喷涂图像，以用于获取所述待喷涂对象的二维图像，保障后续将所述二维图像转换为三维模型。其中，所述待喷涂图像是指利用相机拍摄的二维图像。
本发明的一实施例中，所述采集所述待喷涂对象对应的待喷涂图像通过利用相机拍摄实现。
进一步地，本发明实施例通过对所述待喷涂图像进行实体提取，以用于将所述待喷涂对象与其周围嘈杂的环境分离，减少周围环境信息对所述待喷涂对象的虚拟建模的影响。其中，所述图像提取实体是指所述待喷涂图像中与所述待喷涂对象相关的信息。
本发明的一实施例中，所述对所述待喷涂图像进行实体提取，得到图像提取实体，包括：识别所述待喷涂图像中的主目标区域；根据所述主目标区域，计算所述待喷涂图像中的边缘距离；根据所述边缘距离，计算所述待喷涂图像中的实体像素；根据所述实体像素，确定所述待喷涂图像中的图像提取实体；其中，利用下述公式计算所述待喷涂图像中的边缘距离：
Figure BDA0003872759970000101
其中，
Figure BDA0003872759970000102
表示所述待喷涂图像中的边缘距离，T1表示预先设置的距离阈值，c表示像素点c，i与t分别表示所述待喷涂图像中的模糊像素点与清晰像素点，m表示所述待喷涂图像；
利用下述公式计算所述待喷涂图像中的实体像素：
Figure BDA0003872759970000103
其中，Bi(m)表示所述待喷涂图像中的实体像素，T2表示预先设置的边缘距离小于距离阈值的次数阈值，
Figure BDA0003872759970000104
表示所述待喷涂图像中的边缘距离，T1表示预先设置的距离阈值，c表示像素点c，i与t分别表示所述待喷涂图像中的模糊像素点与清晰像素点，m表示所述待喷涂图像。
其中，所述主目标区域是指利用矩形框框出的区域。所述边缘距离是指图像中实体与背景的边缘处的距离值。
进一步地，本发明实施例通过对所述图像提取实体进行关键点检测，以用于从所述待喷涂图像中提取关键信息，利用所述关键信息确定所述待喷涂对象的虚拟架构。
本发明的一实施例中，所述对所述图像提取实体进行关键点检测，得到检测关键点通过特征提取算法实现。其中，所述特征提取算法包括HOG算法、LBP算法与HAAR等算法等。
S2、对所述检测关键点进行关键点拼接，得到拼接关键点，构建所述拼接关键点的虚拟坐标系，根据所述虚拟坐标系，对所述拼接关键点进行虚拟模型转换，得到所述待喷涂图像的虚拟模型。
本发明实施例通过对所述检测关键点进行关键点拼接，以用于确定所述检测关键点中每个关键点之间的关联，保障后续根据关键点之间的位置关系进行虚拟模型构建。
本发明的一实施例中，参阅图7所示，所述对所述检测关键点进行关键点拼接，得到拼接关键点，包括：
S201、获取所述检测关键点对应的图像提取实体，在所述图像提取实体中查询所述检测关键点的关键点位置；
S202、根据所述关键点位置，确定所述检测关键点中每个关键点之间的相对位置；
S203、根据所述相对位置，确定所述检测关键点中每个关键点之间的拼接关系；
S204、根据所述拼接关系，确定所述检测关键点的拼接关键点。
进一步地，本发明实施例通过构建所述拼接关键点的虚拟坐标系，以用于在所述虚拟坐标系中构建每个拼接关键点的虚拟位置，将物理场景中的实际位置关系转换为虚拟空间中的位置关系。其中，所述虚拟坐标系是指在虚拟环境中建立模型时依据的直角坐标系。
本发明的一实施例中，所述构建所述拼接关键点的虚拟坐标系，包括：配置所述拼接关键点的坐标中心；查询所述拼接关键点的关键点区域；根据所述关键点区域，构建所述坐标中心的坐标轴；根据所述拼接关键点，对所述坐标轴进行刻度标注，得到所述坐标轴的标注刻度；根据所述坐标中心、所述坐标轴与所述标注刻度，确定所述拼接关键点的虚拟坐标系。
进一步地，本发明实施例通过根据所述虚拟坐标系，对所述拼接关键点进行虚拟模型转换，以用于对待拼接对象进行虚实转换，实现在虚拟空间中对所述待喷涂对象的虚拟喷涂，减少人力喷错成本以及可以虚拟空间中对待喷涂对象的喷涂损坏痕迹进行远程检测与修复，提升对喷涂痕迹的修复能力。
本发明的一实施例中，所述根据所述虚拟坐标系，对所述拼接关键点进行虚拟模型转换，得到所述待喷涂图像的虚拟模型，包括：根据所述虚拟坐标系，构建所述拼接关键点的三维网格；根据所述三维网格，构建所述拼接关键点的关键骨架；对所述关键骨架进行骨架渲染，得到所述待喷涂图像的虚拟模型。
S3、对所述虚拟模型进行喷涂面分割，得到分割喷涂面，识别所述分割喷涂面中的喷涂面点，配置所述喷涂面点的位置坐标，根据所述位置坐标，计算所述喷涂面点的边缘坐标，根据所述位置坐标与所述边缘坐标，对所述喷涂面点进行序列化转换，得到所述分割喷涂面的序列化面点。
本发明实施例通过对所述虚拟模型进行喷涂面分割，以用于后续对虚拟模型的每个部分进行分类喷涂，减少了对虚拟模型进行连续喷涂时出现的喷涂位置重影的问题。
本发明的一实施例中，如图8所示，所述对所述虚拟模型进行喷涂面分割，得到分割喷涂面，包括：
S301、查询所述虚拟模型的模型喷涂面与喷涂面效用；
S302、根据所述喷涂面效用，对所述模型喷涂面进行喷涂面分类，得到分类喷涂面；
S303、根据所述分类喷涂面，确定所述虚拟模型的分割喷涂面。
其中，所述喷涂面效用是指虚拟模型中每个喷涂面的职能，例如车子的前车盖的效用与侧门的效用等。
进一步地，本发明实施例通过识别所述分割喷涂面中的喷涂面点，以用于确定所述分割喷涂面中每个关键点之间的前后顺序，保障后续确定喷涂轨迹的轨迹方向。其中，所述喷涂面点是指所述分割喷涂面中的关键点，同时也是所述分割喷涂面中所有关键点的序列中的起始点。
本发明的一实施例中，所述识别所述分割喷涂面中的喷涂面点，包括：利用下述公式计算所述喷涂面点的面点距离：
Figure BDA0003872759970000131
其中，d表示所述喷涂面点中任意两个面点之间的面点距离，w1j和w2j表示喷涂面点中任意两个面点，1与2表示面点的序号，j表示面点中向量值的序列号；
从所述面点距离中筛选符合预设距离的目标距离；查询所述目标距离对应的目标面点，将所述目标面点作为所述喷涂面点。
其中，所述预设距离可以设置为所述面点距离中的最大距离，也可以根据实际场景进行设置。
进一步地，本发明实施例通过配置所述喷涂面点的位置坐标，以用于确定所述喷涂面点中每个面点之间的位置序列。
本发明的一实施例中，所述配置所述喷涂面点的位置坐标通过直角坐标系配置实现。
进一步地，本发明实施例通过根据所述位置坐标，计算所述喷涂面点的边缘坐标，以用于确定其他面点相对于所述喷涂面点位置序列。其中，所述边缘坐标是指在位置序列中相对于所述喷涂面点的下一个面点的坐标。
本发明的一实施例中，所述根据所述位置坐标，计算所述喷涂面点的边缘坐标，包括：根据所述位置坐标，查询所述喷涂面点的远点与领域点；根据所述坐标位置，识别所述远点与所述领域点之间的相对距离；根据所述相对距离，利用下述公式计算所述喷涂面点的边缘距离：
Figure BDA0003872759970000132
其中，R'表示所述喷涂面点的边缘距离，N表示所述远点与所述领域点之间的相对距离的数量即所述领域点的数量，di表示所述相对距离；
根据所述边缘距离，确定所述喷涂面点的边缘面点；根据所述位置坐标，确定所述边缘面点的边缘坐标。
其中，所述远点是指距离所述喷涂面点最远的点。所述领域点是指在所述喷涂面点附近的点。可选地，所述根据所述边缘距离，确定所述喷涂面点的边缘面点可以通过筛选出距离值最大的边缘距离，将其对应的领域点作为所述边缘面点。
进一步地，本发明实施例通过根据所述位置坐标与所述边缘坐标，对所述喷涂面点进行序列化转换，以用于对所述喷涂面点中的面点进行排序，减少数据杂乱性对后续计算的影响。
本发明的一实施例中，所述根据所述位置坐标与所述边缘坐标，对所述喷涂面点进行序列化转换，得到所述分割喷涂面的序列化面点，包括：查询所述位置坐标与所述边缘坐标之间的坐标序列；根据所述坐标序列，对所述喷涂面点进行序列化转换，得到所述分割喷涂面的序列化面点。
S4、对所述序列化面点进行等距分割，得到分割面点，对所述分割面点进行领域面点组合，得到组合面点，计算所述组合面点的交叉领域距离，根据所述交叉领域距离，计算所述分割喷涂面的喷涂轨迹点。
本发明实施例通过对所述序列化面点进行等距分割，以用于将所述序列化面点划分为多个分割的平面，保障后续从每个平面中规划喷涂所经的路径。
本发明的一实施例中，所述对所述序列化面点进行等距分割，得到分割面点，包括：确定所述序列化面点的分割长度；构建所述序列化面点的垂直分割面；根据所述分割长度与所述垂直分割面，确定所述序列化面点的分割面点。
可选地，若所述序列化面点存在于cosθ类型的波状平面上，且cosθ类型的波状平面以z轴作为高度，x轴作为周期长度，y轴作为所述波状平面的长度，则所述分割长度可以看作为cosθ的周期，序列化面点的垂直分割面为与z轴平行的平面。
进一步地，本发明实施例通过对所述分割面点进行领域面点组合，以用于将分割面点进行两两组合，后续从中筛选出能够同时涉及组合面点中所有面点的一点作为后续喷涂时的最佳位置。
本发明的一实施例中，所述对所述分割面点进行领域面点组合，得到组合面点通过所述分割面点中两两相邻的面点作为所述组合面点。
进一步地，本发明实施例通过计算所述组合面点的交叉领域距离，以用于确定能够同时涉及组合面点中所有面点的一点作为后续喷涂时的最佳位置。其中，所述交叉领域距离是指在所述组合面点中任意一个分割面点中的任意一个面点与剩余的一个分割面点中的任意一个面点的最近距离。
本发明的一实施例中，所述计算所述组合面点的交叉领域距离，包括：查询所述组合面点中的领域面点，从所述领域面点中选取起始点；计算所述起始点的领域距离；识别所述领域距离中符合预设距离的交叉领域距离。
其中，所述领域面点是指在所述组合面点中相邻的两个分割面点。所述起始点是指在所述分割面点中随机选取的点。所述领域距离是指在某一分割面点中随机选取的点与剩余的分割面点中点的距离。所述预设距离是指所述领域距离中距离值最小的距离。
需要说明的是，所述计算所述起始点的领域距离的原理与上述计算所述喷涂面点的面点距离的原理类似，在此不做进一步地赘述。
进一步地，本发明实施例通过根据所述交叉领域距离，计算所述分割喷涂面的喷涂轨迹点，以用于在所述组合面点中选取可以作为喷涂轨迹规划的点，保障后续可以通过所述喷涂轨迹点实现对待喷涂对象的喷涂。其中，所述喷涂轨迹点是指构成喷涂轨迹的点。
本发明的一实施例中，所述根据所述交叉领域距离，计算所述分割喷涂面的喷涂轨迹点，包括：查询所述交叉领域距离对应的目标组合面点；对所述目标组合面点进行面点交叉匹配，得到交叉匹配面点；根据所述交叉匹配面点，利用下述公式计算所述分割喷涂面的喷涂轨迹点：
Figure BDA0003872759970000151
x＝t(xui-xvi)+xvi
y＝t(yui-yvi)+yvi
z＝t(zui-zvi)+zvi
f＝f(x，y，z)
其中，f表示所述分割喷涂面的喷涂轨迹点，t表示变参数，xui与xvi表示所述交叉匹配面点中的点，x，y，z表示所述喷涂轨迹点的坐标。
其中，所述交叉匹配面点是指在所述交叉领域距离对应两个分割面点中的点为xui与xvi时，若xui距离最近的点为xvi，且同时xvi距离最近的点为xui时，则xui与xvi的交叉匹配成功，xui与xvi为所述交叉匹配面点。
S5、计算所述喷涂轨迹点的喷涂仿真方向，根据所述喷涂仿真方向，对所述喷涂轨迹点进行喷涂仿真模拟，得到所述待喷涂对象的仿真喷涂轨迹，对所述仿真喷涂轨迹进行喷涂轨迹优化，得到优化仿真喷涂轨迹。
本发明实施例通过计算所述喷涂轨迹点的喷涂仿真方向，以用于确定对所述喷涂轨迹点进行喷涂时机器的喷涂角度。
本发明的一实施例中，所述计算所述喷涂轨迹点的喷涂仿真方向，包括：构建所述喷涂轨迹点的向量方向；根据所述向量方向，利用下述公式计算所述喷涂轨迹点的方向向量：
Figure BDA0003872759970000161
其中，
Figure BDA0003872759970000162
表示所述方向向量，
Figure BDA0003872759970000163
与
Figure BDA0003872759970000164
表示所述向量方向；
利用下述公式计算所述向量方向的向量权重：
Figure BDA0003872759970000165
其中，αj表示所述向量方向的向量权重，j表示由所述向量方向构成的所述喷涂轨迹点周边的图形的数量，
Figure BDA0003872759970000166
表示由所述向量方向构成的图形的面积；
根据所述方向向量与所述向量权重，利用下述公式计算所述喷涂轨迹点的喷涂仿真方向：
Figure BDA0003872759970000167
其中，
Figure BDA0003872759970000168
表示所述喷涂轨迹点的喷涂仿真方向，αj表示所述向量方向的向量权重，j表示由所述向量方向构成的所述喷涂轨迹点周边的图形的数量，
Figure BDA0003872759970000169
表示所述方向向量。
其中，所述方向向量是指垂直于所述向量方向的法向量。可选地，所述构建所述喷涂轨迹点的向量方向，可以通过查询所述喷涂轨迹点对应的分割面点的等距分割的大小，根据大小，构建以所述喷涂轨迹点为中心，以所述分割面点的边缘作为图形端点，以等距大小作为图像边长的三角图形，其中三角图形的边可以作为所述喷涂轨迹点的向量方向。
进一步地，本发明实施例通过根据所述喷涂仿真方向，对所述喷涂轨迹点进行喷涂仿真模拟，以用于在虚拟环境中仿真模拟实际喷涂过程，减少了在实际环境中喷涂试错的成本，同时可以通过对发生损坏的喷涂轨迹继续进行特征分析与修复，提升了对损坏的喷涂轨迹的修复能力。
本发明的一实施例中，所述根据所述喷涂仿真方向，对所述喷涂轨迹点进行喷涂仿真模拟，得到所述待喷涂对象的仿真喷涂轨迹通过利用MATLAB软件实现。
进一步地，本发明实施例通过对所述仿真喷涂轨迹进行喷涂轨迹优化，以用于在仿真模拟过程中发现影响喷涂轨迹的原因，并及时进行优化，提升了喷涂轨迹的准确率。
本发明的一实施例中，所述对所述仿真喷涂轨迹进行喷涂轨迹优化，得到优化仿真喷涂轨迹，包括：查询所述仿真喷涂轨迹的喷涂参数；对所述喷涂参数进行调整，得到调整参数；根据所述调整参数，确定所述仿真喷涂轨迹的调整轨迹；在所述调整轨迹符合预设轨迹时，确定所述仿真喷涂轨迹的优化仿真喷涂轨迹。
其中，所述调整参数包括加速度、速度与时间设定等参数。
可以看出，本发明首先将待喷涂对象与其标准三维模型进行虚实叠加，使得使用者能直观的获取当前待喷涂对象与其标准三维模型的相对位置偏差，进而根据标准三维模型对现实中的待喷涂对象进行物理上的变形调整，然后再生成仿真喷涂轨迹，由此即可保证仿真喷涂轨迹与未变形的待喷涂对象始终匹配；
然后通过采集所述待喷涂对象对应的二维待喷涂图像，并将二维图像转换为三维模型，进一步通过实体提取、关键点检测、虚拟模型转换、喷涂面分割等步骤对所述喷涂轨迹点进行喷涂仿真模拟，以用于在虚拟环境中仿真模拟实际喷涂过程，减少了在实际环境中喷涂试错的成本，同时可以通过对发生损坏的喷涂轨迹继续进行特征分析与修复，提升了对损坏的喷涂轨迹的修复能力。
实施例2：
如图9所示，是本发明基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化装置功能模块图。
本发明所述基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化装置400可以安装于电子设备中。根据实现的功能，所述基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化装置可以包括图像关键检测模块401、虚拟模型转换模块402、面点序列转换模块403、喷涂轨迹计算模块404以及喷涂轨迹优化模块。本发明所述模块也可以称之为单元，是指一种能够被电子设备处理器所执行，并且能够完成固定功能的一系列计算机程序段，其存储在电子设备的存储器中。
在本发明实施例中，关于各模块/单元的功能如下：
所述图像关键检测模块401，用于采集所述待喷涂对象对应的待喷涂图像，对所述待喷涂图像进行实体提取，得到图像提取实体，对所述图像提取实体进行关键点检测，得到检测关键点；
所述虚拟模型转换模块402，用于对所述检测关键点进行关键点拼接，得到拼接关键点，构建所述拼接关键点的虚拟坐标系，根据所述虚拟坐标系，对所述拼接关键点进行虚拟模型转换，得到所述待喷涂图像的虚拟模型；
所述面点序列转换模块403，用于对所述虚拟模型进行喷涂面分割，得到分割喷涂面，识别所述分割喷涂面中的喷涂面点，配置所述喷涂面点的位置坐标，根据所述位置坐标，计算所述喷涂面点的边缘坐标，根据所述位置坐标与所述边缘坐标，对所述喷涂面点进行序列化转换，得到所述分割喷涂面的序列化面点；
所述喷涂轨迹计算模块404，用于对所述序列化面点进行等距分割，得到分割面点，对所述分割面点进行领域面点组合，得到组合面点，计算所述组合面点的交叉领域距离，根据所述交叉领域距离，计算所述分割喷涂面的喷涂轨迹点；
所述喷涂轨迹优化模块405，用于计算所述喷涂轨迹点的喷涂仿真方向，根据所述喷涂仿真方向，对所述喷涂轨迹点进行喷涂仿真模拟，得到所述待喷涂对象的仿真喷涂轨迹，对所述仿真喷涂轨迹进行喷涂轨迹优化，得到优化仿真喷涂轨迹。
详细地，本发明实施例中所述基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化装置400中的所述各模块在使用时采用与上述的图6至图8中所述的基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化方法一样的技术手段，并能够产生相同的技术效果，这里不再赘述。
实施例3：
如图10所示，是本发明实现基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化方法的电子设备的结构示意图。
所述电子设备可以包括处理器50、存储器51、通信总线52以及通信接口53，还可以包括存储在所述存储器51中并可在所述处理器50上运行的计算机程序，如基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化程序。
图10仅示出了具有部件的电子设备，本领域技术人员可以理解的是，图10示出的结构并不构成对所述电子设备的限定，可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化方法，其特征在于，所述方法包括：
对待喷涂对象进行变形调整，使其与待喷涂对象的标准三维模型相匹配；
采集所述待喷涂对象对应的待喷涂图像，并根据所述待喷涂图像获取与待喷涂图像对应的虚拟模型，并根据与待喷涂图像对应的虚拟模型得到优化仿真喷涂轨迹。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对待喷涂对象进行变形调整，使其与待喷涂对象的标准三维模型相匹配包括：
获取待喷涂对象的标准三维点云数据，并根据所述标准三维点云数据创建该待喷涂对象的标准三维模型；
将待喷涂对象安装于支撑设备；
获取待喷涂对象表面的实际三维点云数据，并将所述实际三维点云数据与标准三维点云数据进行点云匹配，以获取待喷涂对象的现实物理空间位置坐标；
通过智能移动终端在待喷涂对象的现实物理空间位置坐标处调用标准三维点云数据，并将标准三维模型与待喷涂对象进行空间位置叠加并显示；
调整待喷涂对象整体/局部的位置，直至待喷涂对象与标准三维模型的相对位置偏差符合预设条件。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采集所述待喷涂对象对应的待喷涂图像，并根据所述待喷涂图像获取与待喷涂图像对应的虚拟模型，并根据与待喷涂图像对应的虚拟模型得到优化仿真喷涂轨迹包括：
采集所述待喷涂对象对应的待喷涂图像，对所述待喷涂图像进行实体提取，得到图像提取实体，对所述图像提取实体进行关键点检测，得到检测关键点；
对所述检测关键点进行关键点拼接，得到拼接关键点，构建所述拼接关键点的虚拟坐标系，根据所述虚拟坐标系，对所述拼接关键点进行虚拟模型转换，得到所述待喷涂图像的虚拟模型；
对所述虚拟模型进行喷涂面分割，得到分割喷涂面，识别所述分割喷涂面中的喷涂面点，配置所述喷涂面点的位置坐标，根据所述位置坐标，计算所述喷涂面点的边缘坐标，根据所述位置坐标与所述边缘坐标，对所述喷涂面点进行序列化转换，得到所述分割喷涂面的序列化面点；
对所述序列化面点进行等距分割，得到分割面点，对所述分割面点进行领域面点组合，得到组合面点，计算所述组合面点的交叉领域距离，根据所述交叉领域距离，计算所述分割喷涂面的喷涂轨迹点；
计算所述喷涂轨迹点的喷涂仿真方向，根据所述喷涂仿真方向，对所述喷涂轨迹点进行喷涂仿真模拟，得到所述待喷涂对象的仿真喷涂轨迹，对所述仿真喷涂轨迹进行喷涂轨迹优化，得到优化仿真喷涂轨迹。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述检测关键点进行关键点拼接，得到拼接关键点，包括：
获取所述检测关键点对应的图像提取实体，在所述图像提取实体中查询所述检测关键点的关键点位置；
根据所述关键点位置，确定所述检测关键点中每个关键点之间的相对位置；
根据所述相对位置，确定所述检测关键点中每个关键点之间的拼接关系；
根据所述拼接关系，确定所述检测关键点的拼接关键点。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述识别所述分割喷涂面中的喷涂面点，包括：
利用下述公式计算所述喷涂面点的面点距离：
Figure FDA0003872759960000021
其中，d表示所述喷涂面点中任意两个面点之间的面点距离，w1j和w2j表示喷涂面点中任意两个面点，1与2表示面点的序号，j表示面点中向量值的序列号；
从所述面点距离中筛选符合预设距离的目标距离；
查询所述目标距离对应的目标面点，将所述目标面点作为所述喷涂面点。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述位置坐标，计算所述喷涂面点的边缘坐标，包括：
根据所述位置坐标，查询所述喷涂面点的远点与领域点；
根据所述坐标位置，识别所述远点与所述领域点之间的相对距离；
根据所述相对距离，利用下述公式计算所述喷涂面点的边缘距离：
Figure FDA0003872759960000031
其中，r'表示所述喷涂面点的边缘距离，N表示所述远点与所述领域点之间的相对距离的数量即所述领域点的数量，di表示所述相对距离；
根据所述边缘距离，确定所述喷涂面点的边缘面点；
根据所述位置坐标，确定所述边缘面点的边缘坐标。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述序列化面点进行等距分割，得到分割面点，包括：
确定所述序列化面点的分割长度；
构建所述序列化面点的垂直分割面；
根据所述分割长度与所述垂直分割面，确定所述序列化面点的分割面点。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述交叉领域距离，计算所述分割喷涂面的喷涂轨迹点，包括：
查询所述交叉领域距离对应的目标组合面点；
对所述目标组合面点进行面点交叉匹配，得到交叉匹配面点；
根据所述交叉匹配面点，利用下述公式计算所述分割喷涂面的喷涂轨迹点：
Figure FDA0003872759960000032
x＝t(xui-xvi)+xvi
y＝t(yui-yvi)+yvi
z＝t(zui-zvi)+zvi
f＝f(x，y，z)
其中，f表示所述分割喷涂面的喷涂轨迹点，t表示变参数，xui与xvi表示所述交叉匹配面点中的点，x，y，z表示所述喷涂轨迹点的坐标。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算所述喷涂轨迹点的喷涂仿真方向，包括：
构建所述喷涂轨迹点的向量方向；
根据所述向量方向，利用下述公式计算所述喷涂轨迹点的方向向量：
Figure FDA0003872759960000041
其中，
Figure FDA0003872759960000042
表示所述方向向量，
Figure FDA0003872759960000043
与
Figure FDA0003872759960000044
表示所述向量方向；
利用下述公式计算所述向量方向的向量权重：
Figure FDA0003872759960000045
其中，αj表示所述向量方向的向量权重，j表示由所述向量方向构成的所述喷涂轨迹点周边的图形的数量，
Figure FDA0003872759960000046
表示由所述向量方向构成的图形的面积；
根据所述方向向量与所述向量权重，利用下述公式计算所述喷涂轨迹点的喷涂仿真方向：
Figure FDA0003872759960000047
其中，
Figure FDA0003872759960000048
表示所述喷涂轨迹点的喷涂仿真方向，αj表示所述向量方向的向量权重，j表示由所述向量方向构成的所述喷涂轨迹点周边的图形的数量，
Figure FDA0003872759960000049
表示所述方向向量。
10.一种基于虚拟现实的喷涂轨迹仿真优化方法装置，其特征在于，所述装置包括：
图像关键检测模块，用于采集所述待喷涂对象对应的待喷涂图像，对所述待喷涂图像进行实体提取，得到图像提取实体，对所述图像提取实体进行关键点检测，得到检测关键点；
虚拟模型转换模块，用于对所述检测关键点进行关键点拼接，得到拼接关键点，构建所述拼接关键点的虚拟坐标系，根据所述虚拟坐标系，对所述拼接关键点进行虚拟模型转换，得到所述待喷涂图像的虚拟模型；
面点序列转换模块，用于对所述虚拟模型进行喷涂面分割，得到分割喷涂面，识别所述分割喷涂面中的喷涂面点，配置所述喷涂面点的位置坐标，根据所述位置坐标，计算所述喷涂面点的边缘坐标，根据所述位置坐标与所述边缘坐标，对所述喷涂面点进行序列化转换，得到所述分割喷涂面的序列化面点；
喷涂轨迹计算模块，用于对所述序列化面点进行等距分割，得到分割面点，对所述分割面点进行领域面点组合，得到组合面点，计算所述组合面点的交叉领域距离，根据所述交叉领域距离，计算所述分割喷涂面的喷涂轨迹点；
喷涂轨迹优化模块，用于计算所述喷涂轨迹点的喷涂仿真方向，根据所述喷涂仿真方向，对所述喷涂轨迹点进行喷涂仿真模拟，得到所述待喷涂对象的仿真喷涂轨迹，对所述仿真喷涂轨迹进行喷涂轨迹优化，得到优化仿真喷涂轨迹。
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