2015-09-02一種不同軟件協(xié)同建模的幾何比對(duì)方法v02

1、發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)發(fā)明名稱(chēng)：一種不同軟件協(xié)同建模的兒何比對(duì)方法摘要：設(shè)計(jì)師使用不同軟件協(xié)同建模時(shí)，迭代過(guò)程中通常使用手工記錄模型變更。 該方式一方面難以避免漏記、錯(cuò)記，另一方面無(wú)法察覺(jué)關(guān)聯(lián)尺寸等非直接變更導(dǎo) 致的更改，這樣生成的變更信息用于指導(dǎo)生成制造，勢(shì)必影響整個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量。針 對(duì)這種情況，本發(fā)明研究了如何快速比較兩個(gè)模型的兒何差異：首先，通過(guò)等步 長(zhǎng)采點(diǎn)獲取兩個(gè)模型的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；然后，利用主元分析法計(jì)算兩個(gè)點(diǎn)云的特征向 量從而獲取點(diǎn)云的參考坐標(biāo)系，計(jì)算兩個(gè)點(diǎn)云參考坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換，將兩個(gè)點(diǎn) 云調(diào)整到一致，即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云的初始配準(zhǔn)；最后，利用最近點(diǎn)迭代法對(duì)兩個(gè)點(diǎn)云 進(jìn)行精確配準(zhǔn)，記錄配準(zhǔn)后兩個(gè)點(diǎn)云中的非

2、重疊區(qū)域，可獲取兩個(gè)點(diǎn)云的兒何差 異區(qū)域。權(quán)利要求書(shū)：一種不同軟件協(xié)同建模的兀何比較方法，其特征在于：可用于比較相同或者不同CAD軟件創(chuàng)建的兩個(gè)模型，所述CAD軟件包括 Pio/E、UG、CATIA、Solidworks 等；將兩個(gè)模型點(diǎn)云的差異區(qū)域作為兩個(gè)模型的兒何差異，展現(xiàn)兒何信息的增加、 修改和刪除。權(quán)利要求1所述不同軟件協(xié)同建模的凡何比較方法，其特征在于，可以通過(guò) 主元分析來(lái)得到模型點(diǎn)云的參考坐標(biāo)系，從而對(duì)模型進(jìn)行姿態(tài)對(duì)齊，對(duì)齊處 理包括平移、旋轉(zhuǎn)，不包括縮放。權(quán)利要求2所述不同軟件協(xié)同建模的凡何比較方法，其特征在于，所述模型 點(diǎn)云獲取方法是等步長(zhǎng)采點(diǎn)的方法，采點(diǎn)對(duì)象是模型的所有面。權(quán)

3、利要求3所述不同軟件協(xié)同建模的凡何比較方法，其特征在于，獲取模型 所有面信息的方法有兩種，一是直接通過(guò)模型所屬CAD軟件的二次開(kāi)發(fā)接 口獲取；二是在模型所屈CAD軟件未提供二次開(kāi)發(fā)接口的情況下，將模型 文件轉(zhuǎn)換成step格式，再按step標(biāo)準(zhǔn)獲取模型兒何信息。權(quán)利要求2不同軟件協(xié)同建模的凡何比較方法，其特征在于，所述模型點(diǎn)云 姿態(tài)對(duì)其后，運(yùn)用點(diǎn)到點(diǎn)的最近點(diǎn)迭代法（ICP算法）進(jìn)行精確配準(zhǔn)。權(quán)利要求5所述不同軟件協(xié)同建模的凡何比較方法，其特征在于，記錄精確 配準(zhǔn)之后的兩個(gè)點(diǎn)云距離在容差之外的點(diǎn)，并應(yīng)用OpenGL顯示庫(kù)，將原三 維模型和記錄的差異區(qū)域分別顯示出來(lái)。說(shuō)明書(shū):一種不同軟件協(xié)同建模的幾

4、何比對(duì)方法技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及三維CAD領(lǐng)域，尤其涉及基于異構(gòu)平臺(tái)的三維模型設(shè)計(jì)。背景技術(shù)目前設(shè)計(jì)師在進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)通常采用“先改后記”和“邊改邊記”的方 式，由于設(shè)計(jì)師習(xí)慣不同且工作量非常大，所以在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中也暴露了以下 兒個(gè)問(wèn)題：難以避免漏記、錯(cuò)記，對(duì)一些關(guān)聯(lián)變更無(wú)法估計(jì)。尤其是在更改信息量 較多的大模型時(shí)，效率問(wèn)題更加明顯。雖然一些主流CAD軟件(如Pro/E)提 供了零件級(jí)的兒何比較，但比較方式較為簡(jiǎn)單。如果兒何完全相同的兩個(gè)模型位 置不同，Pro/E的凡何比較會(huì)認(rèn)為兩個(gè)模型兒何不同。所以Pro/E提供的兒何比 對(duì)無(wú)法滿足設(shè)計(jì)者的需求。因?yàn)樵O(shè)計(jì)師記錄更改的方式是手工記錄，所以工藝人

5、員無(wú)法快速在模型 上找到關(guān)聯(lián)的更改點(diǎn)，且容易遺漏，需要大量時(shí)間與設(shè)計(jì)部門(mén)交流確認(rèn)，嚴(yán)重影 響工作效率。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種不同軟件協(xié)同建模的凡何比較方法，并能用于目 前主流 CAD 模型，如 Pro/E UG、CATIA、Solidworks 等模型。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種不同軟件協(xié)同建模的兒何比較方法，具體包括：讀取模型的兒何拓?fù)湫畔?；模型的凡何拓?fù)湫畔⒅杏心Ｐ退蟹埠蚊嫘畔ⅲㄟ^(guò)等步長(zhǎng)的面上采點(diǎn)法可 以獲取每個(gè)凡何面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而分別構(gòu)成兩個(gè)模型的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；通過(guò)主元分析法將兩個(gè)模型的姿態(tài)對(duì)齊，對(duì)齊處理包括平移、旋轉(zhuǎn)，不包括 縮放；在對(duì)齊姿態(tài)下，通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)的最近點(diǎn)迭代法對(duì)兩

6、個(gè)模型點(diǎn)云進(jìn)行精確配準(zhǔn);配準(zhǔn)后，記錄兩個(gè)模型點(diǎn)云中不匹配的點(diǎn)，并將不匹配的點(diǎn)作為差異顯示出 來(lái)。所述的不同軟件協(xié)同建模的兒何比對(duì)方法，其中，所述獲取模型兒何拓?fù)湫?息的方法有兩種，一是直接通過(guò)模型所屬CAD軟件的二次開(kāi)發(fā)接口獲??；二是 在模型所屬CAD軟件未提供二次開(kāi)發(fā)接口的情況下，將模型文件轉(zhuǎn)換成step格 式，再按step標(biāo)準(zhǔn)獲取模型兒何信息。所述的不同軟件協(xié)同建模的兒何比對(duì)方法，其中，所述對(duì)齊模型的處理是采 用主元分析尋找模型的三個(gè)主軸，原心是點(diǎn)云重心，通過(guò)平移和旋轉(zhuǎn)將兩個(gè)模型 點(diǎn)云的原心和三個(gè)主軸調(diào)整到一致，達(dá)到初始配準(zhǔn)的效果。所述的不同軟件協(xié)同建模的兒何比對(duì)方法，其中，所述精確配準(zhǔn)后

7、的差異顯 示應(yīng)用了 OpenGL的顯示庫(kù)，先將兩個(gè)原始模型顯示出來(lái)，然后在兩個(gè)原始模型 上對(duì)存在差異的點(diǎn)云區(qū)域涂色。附圖說(shuō)明圖la是兩個(gè)兒何不同的模型。圖lb是初始配準(zhǔn)后的兩個(gè)模型，為方便查看，只顯示旋轉(zhuǎn)對(duì)齊，未顯示平 移對(duì)齊。圖lc是精確配準(zhǔn)后的兩個(gè)模型差異顯示效果。圖2是本發(fā)明的方法流程圖。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，一下參照附圖并舉例 對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提出的不同軟件協(xié)同建模的兒何比較方法，主要是找出兩個(gè)三維模型 的兒何差異。參見(jiàn)圖2,本發(fā)明的具體方法包括：首先，要獲取兩個(gè)三維模型的凡何拓?fù)湫畔ⅲ椒ㄓ袃煞N，一是直接通過(guò)模 型所屬CAD軟件的二

8、次開(kāi)發(fā)接口獲??；二是在模型所屬CAD軟件未提供二次 開(kāi)發(fā)接口的情況下，將模型文件轉(zhuǎn)換成step格式，再按step標(biāo)準(zhǔn)讀取模型step 文件中的兒何信息。然后，等步長(zhǎng)對(duì)模型所有面進(jìn)行采點(diǎn)，獲取的點(diǎn)集作為模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)。獲取到點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)造協(xié)方差矩陣，然后使用Jacobi方法計(jì) 算協(xié)方差矩陣的特征值和特征向量，求得的三個(gè)特征向量構(gòu)成模型點(diǎn)云的參考坐 標(biāo)系。通過(guò)計(jì)算點(diǎn)云中所有點(diǎn)坐標(biāo)的算術(shù)平均數(shù)獲取點(diǎn)云重心坐標(biāo)，將點(diǎn)云重心 作為參考坐標(biāo)系原心。將兩個(gè)點(diǎn)云的參考坐標(biāo)系調(diào)整到一致，即可達(dá)到兩個(gè)點(diǎn)云的初始配準(zhǔn)，參見(jiàn) 圖lb,為方便查看，圖中只顯示了兩個(gè)參考坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)對(duì)齊，未顯示平移對(duì) 齊。完成

9、初始配準(zhǔn)后，繼續(xù)對(duì)兩個(gè)模型點(diǎn)云進(jìn)行精確配準(zhǔn)，設(shè)兩個(gè)模型點(diǎn)云數(shù)據(jù) 如下：S = (PilPi e R3,i= 1,2,s2 = (q)|qj e R,j = 1,2, .,n,運(yùn)用點(diǎn)到點(diǎn)的最近點(diǎn)迭代法進(jìn)行精確配準(zhǔn)的主要步驟如下：步驟1：若PrESi，計(jì)算點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)qt e s2,使|qt - Pkll T min。這一步計(jì)算代價(jià)較大，以點(diǎn)集方式配準(zhǔn)時(shí)，算法復(fù)雜度為0 (MN)；步驟2：采用最優(yōu)化解析方法計(jì)算旋轉(zhuǎn)變換Ri和平移變換Ti，使得|Riqt + Ti-qkl| Tmin；步驟3：利用Ri和Ti對(duì)Si進(jìn)行變換，得到經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的點(diǎn)云Trans(SD ；步驟4：當(dāng)最小二乘誤差小于事先給定的閾值t(T 0),即dk - dk+1 V T時(shí)， 迭代終止。精確配準(zhǔn)后的兩個(gè)模型的點(diǎn)云會(huì)重疊在一起，記錄不重疊的點(diǎn)作為兒何差異 顯示出來(lái)，參見(jiàn)圖lc。本發(fā)明的基本原理是通過(guò)兒何配準(zhǔn)去除