2015-09-02一種不同軟件協(xié)同建模的幾何比對方法v02

1、發(fā)明專利申請發(fā)明名稱：一種不同軟件協(xié)同建模的兒何比對方法摘要：設(shè)計師使用不同軟件協(xié)同建模時，迭代過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、錯記，另一方面無法察覺關(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，勢必影響整個產(chǎn)品質(zhì)量。針 對這種情況，本發(fā)明研究了如何快速比較兩個模型的兒何差異：首先，通過等步 長采點獲取兩個模型的點云數(shù)據(jù)；然后，利用主元分析法計算兩個點云的特征向 量從而獲取點云的參考坐標(biāo)系，計算兩個點云參考坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換，將兩個點 云調(diào)整到一致，即可實現(xiàn)點云的初始配準(zhǔn)；最后，利用最近點迭代法對兩個點云 進行精確配準(zhǔn)，記錄配準(zhǔn)后兩個點云中的非

2、重疊區(qū)域，可獲取兩個點云的兒何差 異區(qū)域。權(quán)利要求書：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)建的兩個模型，所述CAD軟件包括 Pio/E、UG、CATIA、Solidworks 等；將兩個模型點云的差異區(qū)域作為兩個模型的兒何差異，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 主元分析來得到模型點云的參考坐標(biāo)系，從而對模型進行姿態(tài)對齊，對齊處 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 點云獲取方法是等步長采點的方法，采點對象是模型的所有面。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，一是直接通過模型所屬CAD軟件的二次開發(fā)接 口獲?。欢窃谀Ｐ退麮AD軟件未提供二次開發(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，所述模型點云 姿態(tài)對其后，運用點到點的最近點迭代法（ICP算法）進行精確配準(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)之后的兩個點云距離在容差之外的點，并應(yīng)用OpenGL顯示庫，將原三 維模型和記錄的差異區(qū)域分別顯示出來。說明書:一種不同軟件協(xié)同建模的幾

4、何比對方法技術(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)平臺的三維模型設(shè)計。背景技術(shù)目前設(shè)計師在進行三維模型設(shè)計通常采用“先改后記”和“邊改邊記”的方 式，由于設(shè)計師習(xí)慣不同且工作量非常大，所以在實際設(shè)計過程中也暴露了以下 兒個問題：難以避免漏記、錯記，對一些關(guān)聯(lián)變更無法估計。尤其是在更改信息量 較多的大模型時，效率問題更加明顯。雖然一些主流CAD軟件(如Pro/E)提 供了零件級的兒何比較，但比較方式較為簡單。如果兒何完全相同的兩個模型位 置不同，Pro/E的凡何比較會認為兩個模型兒何不同。所以Pro/E提供的兒何比 對無法滿足設(shè)計者的需求。因為設(shè)計師記錄更改的方式是手工記錄，所以工藝人

5、員無法快速在模型 上找到關(guān)聯(lián)的更改點，且容易遺漏，需要大量時間與設(shè)計部門交流確認，嚴重影 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：讀取模型的兒何拓撲信息；模型的凡何拓撲信息中有模型所有凡何面信息，通過等步長的面上采點法可 以獲取每個凡何面的點云數(shù)據(jù)，從而分別構(gòu)成兩個模型的點云數(shù)據(jù)；通過主元分析法將兩個模型的姿態(tài)對齊，對齊處理包括平移、旋轉(zhuǎn)，不包括 縮放；在對齊姿態(tài)下，通過點到點的最近點迭代法對兩

6、個模型點云進行精確配準(zhǔn);配準(zhǔn)后，記錄兩個模型點云中不匹配的點，并將不匹配的點作為差異顯示出 來。所述的不同軟件協(xié)同建模的兒何比對方法，其中，所述獲取模型兒何拓撲信 息的方法有兩種，一是直接通過模型所屬CAD軟件的二次開發(fā)接口獲??；二是 在模型所屬CAD軟件未提供二次開發(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)同建模的兒何比對方法，其中，所述對齊模型的處理是采 用主元分析尋找模型的三個主軸，原心是點云重心，通過平移和旋轉(zhuǎn)將兩個模型 點云的原心和三個主軸調(diào)整到一致，達到初始配準(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，先將兩個原始模型顯示出來，然后在兩個原始模型 上對存在差異的點云區(qū)域涂色。附圖說明圖la是兩個兒何不同的模型。圖lb是初始配準(zhǔn)后的兩個模型，為方便查看，只顯示旋轉(zhuǎn)對齊，未顯示平 移對齊。圖lc是精確配準(zhǔn)后的兩個模型差異顯示效果。圖2是本發(fā)明的方法流程圖。具體實施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚、明確，一下參照附圖并舉例 對本發(fā)明進一步詳細說明。本發(fā)明提出的不同軟件協(xié)同建模的兒何比較方法，主要是找出兩個三維模型 的兒何差異。參見圖2,本發(fā)明的具體方法包括：首先，要獲取兩個三維模型的凡何拓撲信息，方法有兩種，一是直接通過模 型所屬CAD軟件的二

8、次開發(fā)接口獲??；二是在模型所屬CAD軟件未提供二次 開發(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，等步長對模型所有面進行采點，獲取的點集作為模型點云數(shù)據(jù)。獲取到點云數(shù)據(jù)后，利用點云數(shù)據(jù)構(gòu)造協(xié)方差矩陣，然后使用Jacobi方法計 算協(xié)方差矩陣的特征值和特征向量，求得的三個特征向量構(gòu)成模型點云的參考坐 標(biāo)系。通過計算點云中所有點坐標(biāo)的算術(shù)平均數(shù)獲取點云重心坐標(biāo)，將點云重心 作為參考坐標(biāo)系原心。將兩個點云的參考坐標(biāo)系調(diào)整到一致，即可達到兩個點云的初始配準(zhǔn)，參見 圖lb,為方便查看，圖中只顯示了兩個參考坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)對齊，未顯示平移對 齊。完成

9、初始配準(zhǔn)后，繼續(xù)對兩個模型點云進行精確配準(zhǔn)，設(shè)兩個模型點云數(shù)據(jù) 如下：S = (PilPi e R3,i= 1,2,s2 = (q)|qj e R,j = 1,2, .,n,運用點到點的最近點迭代法進行精確配準(zhǔn)的主要步驟如下：步驟1：若PrESi，計算點云數(shù)據(jù)中的對應(yīng)點qt e s2,使|qt - Pkll T min。這一步計算代價較大，以點集方式配準(zhǔn)時，算法復(fù)雜度為0 (MN)；步驟2：采用最優(yōu)化解析方法計算旋轉(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Si進行變換，得到經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的點云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， 迭代終止。精確配準(zhǔn)后的兩個模型的點云會重疊在一起，記錄不重疊的點作為兒何差異 顯示出來，參見圖lc。本發(fā)明的基本原理是通過兒何配準(zhǔn)去除