TWI442017B - 三維座標系補正及繪製系統與方法 - Google Patents

Description

三維座標系補正及繪製系統與方法

本發明涉及一種座標補正系統與方法，尤其是一種三維座標系補正及繪製系統與方法。

傳統的精密影像量測行業中，在某一座標系下對產品進行精密量測時，只能將待測的產品擺放在某個固定的位置上，且擺放角度不能有偏差，才能進行精確量測。否則，若待測產品擺放的位置稍有偏差，就會使量測的結果不精確。

因此，有必要提供一種座標系補正方法，其可以根據任意擺放的產品進行座標系補正。此外，為了進一步增強座標系補正方法的直觀性與方便性，將座標系補正與補正結果圖示化相結合成為了推進量測行業發展的當務之急。

鑒於以上內容，提供一種三維座標系補正及繪製系統與方法，其能夠在產品擺放在任意位置時進行精確量測，此外還可以圖形化顯示補正後的三維座標系。

一種三維座標系補正及繪製系統，其運行於一台伺服器中。該系統包括：參數設置模組，用於設置補正三維座標系過程中所需要 的參數；Z軸方向向量確定模組，用於根據設置的參數計算一個補正座標系的Z軸方向向量；座標原點確定模組，用於根據設置的參數計算所述補正座標系的座標原點；X/Y軸方向向量確定模組，用於根據設置的參數計算所述補正座標系的X/Y軸方向向量；及座標系確定模組，用於根據上述計算的Z軸方向向量、座標原點及X/Y軸方向向量得到所述補正座標系。

一種三維座標系補正及繪製方法，該方法包括步驟：參數設置步驟：設置補正三維座標系過程中所需要的參數；Z軸方向向量確定步驟：根據設置的參數計算一個補正座標系的Z軸方向向量；座標原點確定步驟：根據設置的參數計算所述補正座標系的座標原點；X/Y軸方向向量確定步驟：根據設置的參數計算所述三維座標系的X/Y軸方向向量；及座標系確定步驟：根據上述計算的Z軸方向向量、座標原點及X/Y軸方向向量得到所述補正座標系。

相較於習知技術，本發明所提供之三維座標系補正及繪製系統與方法可以在產品擺放在任意位置及擺放成任意角度的時候進行量測，大大提高了量測操作靈活性，減少不必要的誤差更具準確性，擴大了量測範圍。此外，將座標系補正與補正結果圖示化相結合進一步增強座標系補正方法的直觀性與方便性。

1‧‧‧資料庫

2‧‧‧應用伺服器

20‧‧‧三維座標系補正及繪製系統

200‧‧‧參數設置模組

210‧‧‧Z軸方向向量確定模組

220‧‧‧座標原點確定模組

230‧‧‧X/Y軸方向向量確定模組

240‧‧‧座標系確定模組

250‧‧‧圖形控制項

3‧‧‧網路

4‧‧‧用戶端電腦

圖1係本發明三維座標系補正及繪製系統較佳實施例的硬體實施架構圖。

圖2係本發明三維座標系補正及繪製系統的功能模組圖。

圖3係本發明三維座標系補正及繪製方法較佳實施例的流程圖。

參閱圖1所示，係本發明三維座標系補正及繪製系統20較佳實施例的硬體實施架構圖。該系統20安裝並運行於一台應用伺服器2中。該應用伺服器2可以內置或者外接一台資料庫1，並可以透過網路3與至少一台用戶端電腦4(圖中顯示兩台)相連接。所述的資料庫1用於儲存在三維座標系補正及繪製過程中輸入及產生的資料。所述網路3可以為企業內部網路(Intranet)、網際網路(Internet)或者其他類型的網路。所述用戶端電腦4可以提供互動式的用戶介面，用於顯示對三維座標系補正及繪製的過程，以及輸出圖形化的補正後的三維座標系(以下，將補正後的三維座標系稱為“補正座標系”)。

參閱圖2所示，係本發明三維座標系補正及繪製系統20的功能模組圖。該系統20主要包括參數設置模組200、Z軸方向向量確定模組210、座標原點確定模組220、X/Y軸方向向量確定模組230、座標系確定模組240及圖形控制項250。

上述所稱的各個模組係完成一特定功能的電腦程式段，比程式更適合於描述軟體在電腦中的執行過程，因此在本發明中對軟體程式的描述都以模組描述。

所述的參數設置模組200用於設置三維座標系補正過程中所需要的各種參數。其中，該參數包括，但不限於參考座標系、補正面參數、補正原點參數及/或補正軸向參數。所述的參考座標系為一個三維座標系，其可以是該三維座標系補正及繪製系統20當前所需補正的座標系。以下所述的補正三維座標系即補正該參考座標系。所述的補正面參數包括用於補正三維座標系的Z軸的面元 素。所述的補正原點參數包括用於補正三維座標系的座標原點的點元素，其中，該點元素可以包括三個，分別用於補正三維座標系的座標原點的X、Y及Z軸座標值。所述的補正軸向參數包括用於補正三維座標系的X/Y軸的線元素、點元素、圓元素等。所述設置的參數可以儲存在資料庫1中。

所述的Z軸方向向量確定模組210用於根據設置的參數，即補正面元素，計算補正座標系的Z軸方向向量。

具體而言，當參數設置模組200設置了補正面參數時，該Z軸方向向量確定模組210計算該補正面參數中的面元素的法向量，根據該法向量得到補正座標系的Z軸方向向量。其中，該補正座標系的Z軸方向向量即上述補正面參數中的面元素的法向量。

另一方面，當參數設置模組200沒有設置補正面參數時，該Z軸方向向量確定模組210獲取參考座標系的Z軸方向向量，並根據該參考座標系的Z軸方向向量得到補正座標系的Z軸方向向量。此時，該補正座標系的Z軸方向向量即參考座標系的Z軸方向向量。

所述的座標原點確定模組220用於根據設置的參數，即補正原點參數，計算補正座標系的座標原點。

具體而言，當參數設置模組200設置了補正原點參數時，座標原點確定模組220根據設置的補正原點參數計算補正座標系的座標原點，具體計算過程如下：

首先，座標原點確定模組220判斷參數設置模組200是否設置了用於補正三維座標系的座標原點的X軸座標值的點元素，若設置了這樣的點元素，則獲取該點元素的X軸座標值，否則，若沒有設 置這樣的點元素，則獲取參考座標系的座標原點的X軸座標值；然後，座標原點確定模組220判斷參數設置模組200是否設置了用於補正三維座標系的座標原點的Y軸座標值的點元素，若判斷結果為是，則獲取該點元素的Y軸座標值，否則，若判斷結果為否，則獲取參考座標系的座標原點的Y軸座標值；其次，座標原點確定模組220判斷參數設置模組200是否設置了用於補正三維座標系的座標原點的Z軸座標值的點元素，若判斷結果為是，則獲取該點元素的Z軸座標值，否則，若判斷結果為否，則獲取參考座標系的座標原點的Z軸座標值；最後，座標原點確定模組220根據上述獲取的X、Y及Z軸座標值，得到補正座標系的座標原點。

另一方面，當參數設置模組200沒有設置補正原點參數時，座標原點確定模組220獲取參考座標系的座標原點，根據該參數座標系的座標原點計算補正座標系的座標原點。此時，該參數座標系的座標原點即為補正座標系的座標原點。

所述的X/Y軸方向向量確定模組230用於根據設置的參數，即補正軸向參數，計算補正座標系的X軸或者Y軸方向向量。

具體而言，當參數設置模組200設置了補正軸向參數時，該X/Y軸方向向量確定模組230判斷該補正軸向參數中設置的是否為線元素，若是線元素，則計算該線元素的軸向量，並根據該線元素的軸向量得到補正座標系的X/Y軸方向向量。此時，所述線元素的軸向量即補正座標系的X/Y軸方向向量。

當補正軸向參數中設置的不是線元素時，該X/Y軸方向向量確定模組230將該補正軸向參數中設置的元素擬化成一個點(下稱“擬化點”)。例如，若補正軸向參數中設置的是點元素，則直接 獲取該點作為擬化點；若補正軸向參數中設置的是圓元素，則獲取該圓元素的圓心作為擬化點；若補正軸向參數中設置的是面元素，則獲取該面元素的中心點作為擬化點。所述X/Y軸方向向量確定模組230進一步獲取上述計算的補正座標系的座標原點，並計算由擬化點與該補正座標系的座標原點所組成直線的軸向量，根據該軸向量得到補正座標系的X/Y軸方向向量。此時，該軸向量即補正座標系的X/Y軸方向向量。

另一方面，當參數設置模組200沒有設置補正軸向參數時，該X/Y軸方向向量確定模組230獲取參考座標系的X/Y軸方向向量，根據該參考座標系的X/Y軸方向向量得到補正座標系的X/Y軸方向向量。此時，參考座標系的X/Y軸方向向量即是補正座標系的X/Y軸方向向量。

所述的座標系確定模組240用於根據上述確定的Z軸方向向量、座標原點及X/Y軸方向向量得到一個補正座標系。

所述的圖形控制項250用於將上述得到的補正座標系載入到該圖形控制項250中，以圖形化顯示該補正座標系。其中，該圖形控制項250為OpenGL圖形輔助工具。

參閱圖3所示，係本發明三維座標系補正及繪製方法較佳實施例的流程圖。

步驟S10，參數設置模組200設置三維座標系補正過程中所需要的各種參數。如上所述，該參數包括，但不限於參考座標系、補正面參數、補正原點參數及/或補正軸向參數。所述的參考座標系是一個三維座標系，其可以是該三維座標系補正及繪製系統20當 前所需補正的座標系。以下所述的補正三維座標系即補正該參考座標系。所述的補正面參數包括用於補正三維座標系的Z軸的面元素。所述的補正原點參數包括用於補正三維座標系的座標原點的點元素，其中，該點元素可以包括三個，分別用於補正三維座標系的座標原點的X、Y及Z軸座標值。所述的補正軸向參數包括用於補正三維座標系X/Y軸的線元素、點元素、圓元素等。

步驟S11，Z軸方向向量確定模組210判斷參數設置模組200是否設置了補正面參數。

若沒有設置補正面參數，則進入步驟S12，Z軸方向向量確定模組210獲取參考座標系的Z軸方向向量，並在步驟S14中，根據該參考座標系的Z軸方向向量得到補正座標系的Z軸方向向量，此時，該參考座標系的Z軸方向向量即是補正座標系的Z軸方向向量。

若設置了補正面參數，則進入步驟S13，Z軸方向向量確定模組210計算該補正面參數中的面元素的法向量，並進入步驟S14，根據該面元素的法向量得到補正座標系的Z軸方向向量，此時，該面元素的法向量即是補正座標系的Z軸方向向量。

步驟S15，座標原點確定模組220判斷參數設置模組200是否設置了補正原點參數。

若沒有設置補正原點參數，則步驟S16中，座標原點確定模組220獲取參考座標系的座標原點，並在步驟S17中，根據該參考座標系的座標原點得到補正座標系的座標原點，此時，該參考座標系的座標原點即是補正座標系的座標原點。

否則，若設置了補正原點參數，則直接進入步驟S17，座標原點 確定模組220根據設置的補正原點參數計算補正座標系的座標原點。具體而言，首先，座標原點確定模組220判斷參數設置模組200是否設置了用於補正三維座標系的座標原點的X軸座標值的點元素，若設置了這樣的點元素，則獲取該點元素的X軸座標值，否則，若沒有設置這樣的點元素，則獲取參考座標系的座標原點的X軸座標值；然後，座標原點確定模組220判斷參數設置模組200是否設置了用於補正三維座標系的座標原點的Y軸座標值的點元素，若判斷結果為是，則獲取該點元素的Y軸座標值，否則，若判斷結果為否，則獲取參考座標系的座標原點的Y軸座標值；其次，座標原點確定模組220判斷參數設置模組200是否設置了用於補正三維座標系的座標原點的Z軸座標值的點元素，若判斷結果為是，則獲取該點元素的Z軸座標值，否則，若判斷結果為否，則獲取參考座標系的座標原點的Z軸座標值；最後，座標原點確定模組220根據上述獲取的X、Y及Z軸座標值，得到補正座標系的座標原點。

步驟S18，X/Y軸方向向量確定模組230判斷參數設置模組200是否設置了補正軸向參數。

當沒有設置補正軸向參數時，進入步驟S19，X/Y軸方向向量確定模組230獲取參考座標系的X/Y軸方向向量，並在步驟S22中，根據該參考座標系的X/Y軸方向向量得到補正座標系的X/Y軸方向向量，此時，該參考座標系的X/Y軸方向向量即是補正座標系的X/Y軸方向向量。

當設置了補正軸向參數時，則在步驟S20中，X/Y軸方向向量確定模組230判斷該補正軸向參數中設置的是否為線元素。若是線元 素，則步驟S21，X/Y軸方向向量確定模組230計算該線元素的軸向量，並進入步驟S22，根據該線元素的軸向量得到補正座標系的X/Y軸方向向量，此時，該線元素的軸向量即是補正座標系的X/Y軸方向向量。

當補正軸向參數中設置的不是線元素時，步驟S23，X/Y軸方向向量確定模組230將該補正軸向參數中設置的元素擬化成一個點(下稱“擬化點”)。如上所述，若補正軸向參數中設置的是點元素，則直接獲取該點作為擬化點；若補正軸向參數中設置的是圓元素，則獲取該圓元素的圓心作為擬化點；若補正軸向參數中設置的是面元素，則獲取該面元素的中心點作為擬化點。

步驟S24，X/Y軸方向向量確定模組230進一步獲取上述計算的補正座標系的座標原點，並進入步驟S22，X/Y軸方向向量確定模組230計算由擬化點與該補正座標系的座標原點所組成直線的軸向量，根據該軸向量得到補正座標系的X/Y軸方向向量。此時，該軸向量即補正座標系的X/Y軸方向向量。

步驟S25，座標系確定模組240根據上述確定的Z軸方向向量、座標原點及X/Y軸方向向量得到所述補正座標系。

步驟S26，圖形控制項250將上述得到的補正座標系載入到該圖形控制項250中，以圖形化顯示該補正座標系。其中，該圖形控制項250為OpenGL圖形輔助工具。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。任何熟悉此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神及範圍內，當可做更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍 所界定者為準。

20‧‧‧三維座標系補正及繪製系統

200‧‧‧參數設置模組

210‧‧‧Z軸方向向量確定模組

220‧‧‧座標原點確定模組

230‧‧‧X/Y軸方向向量確定模組

240‧‧‧座標系確定模組

250‧‧‧圖形控制項

Claims (8)

1. 一種三維座標系補正及繪製系統，其運行於一台伺服器中，該系統包括：參數設置模組，用於設置補正三維座標系過程中所需要的參數，所述參數包括：參考座標系、補正面參數、補正原點參數及/或補正軸向參數；Z軸方向向量確定模組，用於根據設置的參數計算一個補正座標系的Z軸方向向量；座標原點確定模組，用於根據設置的補正原點參數分別計算出所述補正座標系的座標原點的X軸座標值、Y軸座標值及Z軸座標值，得到所述座標原點；X/Y軸方向向量確定模組，用於當所設置的補正軸向參數是線元素時，計算該線元素的軸向量，並根據該線元素的軸向量得到補正座標系的X/Y軸方向向量，以及當所述補正軸向參數不是線元素時，將該補正軸向參數中設置的元素擬化成一個點，計算由該擬化點與上述補正座標系的座標原點所組成直線的軸向量，根據該軸向量得到補正座標系的X/Y軸方向向量；及座標系確定模組，用於根據上述計算的Z軸方向向量、座標原點及X/Y軸方向向量得到所述補正座標系。
2. 如申請專利範圍第1項所述之三維座標系補正及繪製系統，該系統還包括：圖形控制項，用於將上述得到的補正座標系載入到該圖形控制項中，以圖形化顯示該補正座標系。
3. 如申請專利範圍第2項所述之三維座標系補正及繪製系統，其中，所述圖 形控制項為OpenGL圖形輔助工具。
4. 一種三維座標系補正及繪製方法，該方法包括步驟：參數設置步驟：設置補正三維座標系過程中所需要的參數，所述參數包括：參考座標系、補正面參數、補正原點參數及/或補正軸向參數；Z軸方向向量確定步驟：根據設置的參數計算一個補正座標系的Z軸方向向量；座標原點確定步驟：根據設置的補正原點參數分別計算出所述補正座標系的座標原點的X軸座標值、Y軸座標值及Z軸座標值，得到所述座標原點；X/Y軸方向向量確定步驟：當所設置的補正軸向參數是線元素時，計算該線元素的軸向量，並根據該線元素的軸向量得到補正座標系的X/Y軸方向向量，以及當所述補正軸向參數不是線元素時，將該補正軸向參數中設置的元素擬化成一個點，計算由該擬化點與上述補正座標系的座標原點所組成直線的軸向量，根據該軸向量得到補正座標系的X/Y軸方向向量；及座標系確定步驟：根據上述計算的Z軸方向向量、座標原點及X/Y軸方向向量得到所述補正座標系。
5. 如申請專利範圍第4項所述之三維座標系補正及繪製方法，其中，Z軸方向向量確定步驟包括：當設置了補正面參數時，計算該補正面參數中的面元素的法向量，根據該法向量得到補正座標系的Z軸方向向量；或者當沒有設置補正面參數時，獲取參考座標系的Z軸方向向量，並根據該參考座標系的Z軸方向向量得到補正座標系的Z軸方向向量。
6. 如申請專利範圍第4項所述之三維座標系補正及繪製方法，其中，座標原點確定步驟包括： 判斷是否設置了補正原點參數；若沒有設置補正原點參數，則獲取參考座標系的座標原點，根據該參數座標系的座標原點得到補正座標系的座標原點；或者若設置了補正原點參數，則判斷是否設置了用於補正三維座標系的座標原點的X軸座標值的點元素；若判斷結果為是，則獲取該點元素的X軸座標值作為補正座標系的座標原點的X軸座標值；或者若判斷結果為否，則獲取參考座標系的座標原點的X軸座標值作為補正座標系的座標原點的X軸座標值；進一步判斷是否設置了用於補正三維座標系的座標原點的Y軸座標值的點元素；若判斷結果為是，則獲取該點元素的Y軸座標值作為補正座標系的座標原點的Y軸座標值；或者若判斷結果為否，則獲取參考座標系的座標原點的Y軸座標值作為補正座標系的座標原點的Y軸座標值；進一步判斷是否設置了用於補正三維座標系的座標原點的Z軸座標值的點元素；若判斷結果為是，則獲取該點元素的Z軸座標值作為補正座標系的座標原點的Z軸座標值；或者若判斷結果為否，則獲取參考座標系的座標原點的Z軸座標值作為補正座標系的座標原點的Z軸座標值；及根據上述獲取的X、Y及Z軸座標值，得到補正座標系的座標原點。
7. 如申請專利範圍第6項所述之三維座標系補正及繪製方法，其中，X/Y軸方向向量確定步驟包括：判斷是否設置了補正軸向參數；若沒有設置補正軸向參數，則獲取參考座標系的X/Y軸方向向量，根據該參考座標系的X/Y軸方向向量得到補正座標系的X/Y軸方向向量；或者若設置了補正軸向參數，則判斷該補正軸向參數中設置的是否為線元素； 若是線元素，則計算該線元素的軸向量，並根據該線元素的軸向量得到補正座標系的X/Y軸方向向量；或者若補正軸向參數中設置的不是線元素，將該補正軸向參數中設置的元素擬化成一個擬化點，並獲取上述得到的補正座標系的座標原點；計算由擬化點與該參考座標系的座標原點所組成直線的軸向量，並根據該軸向量得到補正座標系的X/Y軸方向向量。
8. 如申請專利範圍第4項所述之三維座標系補正及繪製方法，該方法還包括：將得到的補正座標系載入到該圖形控制項中，以圖形化顯示該補正座標系。