專(zhuān)利名稱(chēng)：使用三維掃描數(shù)據(jù)計(jì)算放樣表面的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例一般涉及CAD (計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))，具體涉及使用 3D (三維)掃描數(shù)據(jù)計(jì)算放樣表面的反向工程3D掃描數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)應(yīng)用程序被用于生成二維和三維對(duì)象的計(jì) 算機(jī)模型，作為被建模的實(shí)際物理裝置的生成過(guò)程的一部分。這些模型 通常包括必須單獨(dú)設(shè)計(jì)的多個(gè)部件。模型部件的設(shè)計(jì)者可以使用特定的 建模特征以便設(shè)計(jì)模型部件。 一旦設(shè)計(jì)者對(duì)設(shè)計(jì)滿意，就可以使用該模 型生成實(shí)際的物理裝置。
3D掃描通過(guò)收集代表著被掃描三維對(duì)象形狀的高分辨率點(diǎn)來(lái)捕獲 三維對(duì)象的物理幾何信息。 一旦捕獲了原始3D掃描數(shù)據(jù)，就可以將其轉(zhuǎn) 換成CAD部件模型，以進(jìn)一步處理，從而復(fù)制或修改三維對(duì)象的設(shè)計(jì)。 這種捕獲三維對(duì)象的3D掃描數(shù)據(jù)以將其提供給CAD應(yīng)用程序、從而可 以重新設(shè)計(jì)對(duì)象的過(guò)程被稱(chēng)作反向工程。
一種反向工程技術(shù)是將平面的橫截面曲線或特征曲線畫(huà)在3D掃描 幾何體上，以此構(gòu)建放樣表面(loft surface)。放樣表面是穿過(guò)既定的"輪 廓曲線"的多項(xiàng)式表面，同時(shí)， 一些等參線(具有恒定表面參數(shù)(U或 V)的線(曲線))也遵循既定的"導(dǎo)向曲線"。導(dǎo)向曲線提供輪廓之間的約 束條件。放樣表面是在導(dǎo)向曲線上創(chuàng)建的。表面設(shè)計(jì)者通過(guò)修改與放樣 表面相交的輪廓或?qū)蚯€來(lái)控制放樣表面的曲率和平滑度。但不幸的 是，重新設(shè)計(jì)復(fù)制3D掃描數(shù)據(jù)幾何體的放樣表面模型的過(guò)程要求用戶使 用當(dāng)前可用的3D建模軟件執(zhí)行重復(fù)的手動(dòng)建模技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例根據(jù)原始3D掃描數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算放樣表面。經(jīng)由所 提供的用戶界面，用戶輸入與放樣表面計(jì)算有關(guān)的參數(shù)。用戶輸入的參數(shù)可以包括U-V方向、導(dǎo)向曲線識(shí)別以及所計(jì)算的放樣表面與3D掃描 數(shù)據(jù)之間的容許偏差量。然后，產(chǎn)生符合既定參數(shù)的輪廓曲線，并且使 用所產(chǎn)生的輪廓曲線計(jì)算所選區(qū)域的放樣表面。用戶可以選擇幾何分離 區(qū)域，從而創(chuàng)建連接所述分離區(qū)域的單一放樣表面。
在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種使用3D掃描數(shù)據(jù)創(chuàng)建放樣表面的方法， 所述方法包括提供代表三維對(duì)象形狀的3D掃描數(shù)據(jù)集合。所述3D掃描 數(shù)據(jù)被組合在代表三維對(duì)象的模型中。所述方法將所述模型分割成多個(gè) 區(qū)域。選擇一個(gè)或多個(gè)用于程序化地計(jì)算放樣表面的區(qū)域。程序化地計(jì) 算放樣表面并且將其與3D掃描數(shù)據(jù)擬合。
在另一實(shí)施例中，提供一種用在計(jì)算設(shè)備中、用于使用3D掃描數(shù) 據(jù)程序化地創(chuàng)建放樣表面的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括代表三維對(duì)象形狀的3D 掃描數(shù)據(jù)集合。所述3D掃描數(shù)據(jù)被組合在代表三維對(duì)象的模型中。所述 模型被分割成多個(gè)區(qū)域。所述系統(tǒng)還包括放樣計(jì)算工具，其針對(duì)所述區(qū) 域中的至少一個(gè)，程序化地計(jì)算與3D掃描數(shù)據(jù)相擬合的放樣表面。所述 系統(tǒng)還包括顯示器，所述顯示器顯示用戶界面。所述用戶界面使得能選 擇至少一個(gè)與程序化地計(jì)算放樣表面有關(guān)的參數(shù)。


本發(fā)明由所附權(quán)利要求中的特征來(lái)限定。參照下面結(jié)合附圖所作的 說(shuō)明，可以更好地理解本發(fā)明的上述優(yōu)點(diǎn)以及本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)。在附
圖中
圖1示出了適于實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例的示例性環(huán)境；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的順序步驟的流程圖，用于程序化地計(jì)算放樣 表面；
圖3 (現(xiàn)有技術(shù))示出了表示在三角形網(wǎng)格中的試樣3D掃描數(shù)據(jù)；
圖4 (現(xiàn)有技術(shù))示出了將網(wǎng)格分組為具有類(lèi)似曲率范圍的區(qū)域；
圖5A示出了橫截面曲線應(yīng)用于模型；
圖5B示出了從模型區(qū)域中去除橫截面曲線；圖5C示出了在模型區(qū)域中斷開(kāi)的橫截面曲線的重新連接；
圖5D示出了橫截面曲線的延伸；
圖5E示出了橫截面曲線端部的裁剪；
圖5F示出了在定義放樣表面時(shí)將橫截面曲線用作剖面輪廓； 圖5G示出了用直的等參曲線流對(duì)放樣表面的近似； 圖6示出了本發(fā)明實(shí)施例中幾何分離模型區(qū)域的選擇； 圖7示出了本發(fā)明實(shí)施例中U-V方向的選擇； 圖8示出了本發(fā)明實(shí)施例中導(dǎo)向曲線的使用；
圖9A示出了本發(fā)明實(shí)施例中特征曲線在未導(dǎo)向的放樣表面上的投
射；
圖9B示出了本發(fā)明實(shí)施例中在未導(dǎo)向的放樣表面上的輪廓曲線與 圖9A的投射導(dǎo)向曲線之間的交點(diǎn)；以及
圖9C示出了從初始的未導(dǎo)向的放樣表面計(jì)算出的最終結(jié)果的放樣 表面。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例能針對(duì)所選的3D掃描數(shù)據(jù)的一個(gè)模型區(qū)域或多個(gè) 模型區(qū)域程序化地計(jì)算放樣表面。放樣表面的程序化計(jì)算可以基于用戶 輸入的參數(shù)。提供圖形用戶界面，使得用戶能選擇要在其上創(chuàng)建放樣表 面的一個(gè)區(qū)域或多個(gè)區(qū)域。用戶也可以指定U-V方向、導(dǎo)向曲線和容許 偏差作為輸入自變量。放樣計(jì)算工具產(chǎn)生符合指定參數(shù)的所有必要輪廓 曲線并且創(chuàng)建放樣表面。初始輪廓和導(dǎo)向曲線可由從所選網(wǎng)格區(qū)域或重 新網(wǎng)格化的區(qū)域直接計(jì)算的網(wǎng)格參數(shù)化自動(dòng)地給出。在選擇區(qū)域時(shí)，用 戶可以選擇幾何分離區(qū)域，從而創(chuàng)建將這些區(qū)域連接在一起的單一放樣 表面。在一個(gè)實(shí)施例中，在用戶選擇區(qū)域或多個(gè)區(qū)域之后，根據(jù)所提供 的區(qū)域信息計(jì)算用于放樣計(jì)算的必要輸入條件。如果該區(qū)域適于放樣， 則從網(wǎng)格計(jì)算出其主要曲率流。根據(jù)該曲率流，將區(qū)域參數(shù)化，因此從 V方向的等參曲線提取出必要的輪廓，并且從U方向的等參曲線提取出必要的導(dǎo)向曲線(應(yīng)理解，在進(jìn)行參數(shù)化時(shí)，U方向和V方向的等參曲 線的使用也可以被反向)。
圖1示出了適于實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例的示例性環(huán)境。計(jì)算設(shè)備2包括
被掃描三維對(duì)象的原始3D掃描數(shù)據(jù)4的集合。原始3D掃描數(shù)據(jù)4是從 3D掃描儀40收集而來(lái)的。計(jì)算設(shè)備2還是CAD應(yīng)用程序6和放樣計(jì)算 工具8的主機(jī)。計(jì)算設(shè)備2可以是工作站、服務(wù)器、膝上型電腦、大型 計(jì)算機(jī)、PDA、 一起操作的設(shè)備群組、虛擬設(shè)備或能夠支持這里所述的 CAD應(yīng)用程序6和放樣計(jì)算工具8的另一種計(jì)算設(shè)備。放樣計(jì)算工具8 是可執(zhí)行的軟件程序，將在下面對(duì)其作進(jìn)一步解釋。放樣計(jì)算工具8可 以作為一種或多種應(yīng)用程序、 一種或多種應(yīng)用插件、獨(dú)立應(yīng)用程序或者 其他形式的可執(zhí)行碼來(lái)執(zhí)行。在本發(fā)明的一種實(shí)施中，放樣計(jì)算工具8 與CAD應(yīng)用程序6集成為一個(gè)工具。在另一種實(shí)施中，放樣計(jì)算工具8 與CAD應(yīng)用程序6通訊，但不是該CAD應(yīng)用程序的一部分。
原始掃描數(shù)據(jù)4是代表著被掃描對(duì)象形狀的三個(gè)維度上高分辨率點(diǎn) 的集合。在一種實(shí)施中，原始掃描數(shù)據(jù)4是一組三角形網(wǎng)格，但使用其 它形式的掃描數(shù)據(jù)也被認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，原始掃描數(shù) 據(jù)4可以是點(diǎn)、四邊形網(wǎng)格、四面體網(wǎng)格或六面體網(wǎng)格。網(wǎng)格組一起形 成代表被掃描對(duì)象表面的模型12。模型12可以是網(wǎng)格模型或點(diǎn)云模型。 可以將模型12分割成多個(gè)區(qū)域14， 16和18。可以按照曲率值來(lái)分割區(qū) 域14， 16和18。將模型12分割成多個(gè)區(qū)域14， 16和18可以由用戶借 助于在顯示器30上顯示的圖形用戶界面32手動(dòng)地進(jìn)行?？蛇x擇地，將 模型12分割成多個(gè)區(qū)域14， 16和18可以借助于分割軟件工具程序化地 進(jìn)行，該分割軟件工具例如是2006年12月18日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?11/612,294、標(biāo)題為"System and Method for Identifying Original Design Intents Using 3D Scan Data (使用三維掃描數(shù)據(jù)識(shí)別原始設(shè)計(jì)意圖的系統(tǒng) 和方法)"的共同未決的美國(guó)申請(qǐng)中所記載的那種工具。
基于用戶20所選的模型12的區(qū)域的3D掃描數(shù)據(jù)，放樣計(jì)算工具8 程序化地生成放樣表面。在一個(gè)實(shí)施例中，與計(jì)算設(shè)備2通訊的顯示器 30上的圖形用戶界面(GUI) 32用來(lái)選擇用戶想要計(jì)算其放樣表面的一 個(gè)或多個(gè)模型區(qū)域14， 16和/或18。如下面進(jìn)一步描述的那樣，GUI 32使用戶能輸入?yún)?shù)，然后這些參數(shù)被放樣計(jì)算工具8用來(lái)計(jì)算用戶20所
選的區(qū)域14， 16和/或18的放樣表面。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的順序步驟的流程圖，用于使用原始3D掃描 數(shù)據(jù)程序化地計(jì)算所選區(qū)域的放樣表面。該順序步驟從提供一起形成模 型12的原始3D掃描數(shù)據(jù)4的集合(步驟200)開(kāi)始。如上所述，模型 12例如可以是網(wǎng)格模型或點(diǎn)云模型。原始3D掃描數(shù)據(jù)可以作為程序化 地計(jì)算放樣表面的過(guò)程的動(dòng)態(tài)部分而收集得到，或者可以是預(yù)先存儲(chǔ)的 掃描數(shù)據(jù)。然后，將模型12分割成多個(gè)區(qū)域14, 16和18。該分割可以 手動(dòng)地進(jìn)行，或者可選擇地，可以響應(yīng)于用戶將模型12分割成多個(gè)區(qū)域 14， 16和18的指令，由分割工具程序化地進(jìn)行(步驟202)。然后，觀 察顯示器30上的模型12的用戶20可以使用GUI 32來(lái)選擇用于程序化 放樣計(jì)算的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域14， 16和/或18 (步驟204)。例如，用戶 可選擇兩個(gè)將要由放樣表面連接的幾何分離區(qū)域。然后，放樣計(jì)算工具8 使用原始掃描數(shù)據(jù)4計(jì)算所選區(qū)域的放樣表面(步驟206)，這將在下面 作進(jìn)一步說(shuō)明。
在更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例之前，先大體上說(shuō)明放樣表面計(jì)算 過(guò)程中的掃描數(shù)據(jù)處理和反向工程技術(shù)。圖3示出了表示在三角形網(wǎng)格 模型300中的試樣3D掃描數(shù)據(jù)。網(wǎng)格模型300示出了高爾夫球棒的表面 形狀。建模軟件的用戶可以插入平面302和304，它們與該模型中所包含 的表面相交或形成相切。這些平面用來(lái)定義輪廓的剖面。
在模型上進(jìn)行不同的操作之前，建模軟件的用戶可以將不同的模型 區(qū)域分組。圖4示出了將圖3所示的模型300分組為具有類(lèi)似曲率范圍 的區(qū)域。例如，在圖3和圖4中代表背部有凹腔的高爾夫球棒的模型300 可以包括多個(gè)模型區(qū)域，這些區(qū)域由用戶分組為具有類(lèi)似曲率值的區(qū)域。 用戶可以將代表高爾夫球棒桿部406的3D掃描數(shù)據(jù)分組為一個(gè)區(qū)域，同 時(shí)也可將代表高爾夫球棒棒尖部分400外側(cè)面的另一區(qū)域單獨(dú)分組。類(lèi) 似地，用戶可以將高爾夫球棒背部的不同區(qū)域402和404以及凹腔背部 的不同區(qū)域410和412分組。 一旦將模型區(qū)域分組為具有類(lèi)似曲率值的 區(qū)域，用戶就可以設(shè)計(jì)代表上述區(qū)域之一的放樣表面，例如代表高爾夫 球棒背部的區(qū)域404的放樣表面。設(shè)計(jì)放樣表面的過(guò)程按常規(guī)需要用戶手動(dòng)地進(jìn)行很多不同類(lèi)型的放
樣建模過(guò)程。例如，圖5A示出了橫截面曲線501， 502， 503和504應(yīng)用 于模型500。圖5B示出了從模型500的區(qū)域505中去除橫截面曲線501， 502， 503和504的一部分。類(lèi)似地，圖5C示出了在模型的區(qū)域506中 斷開(kāi)的橫截面曲線501， 502， 503和504的重新連接。設(shè)計(jì)放樣表面時(shí) 的另一個(gè)耗時(shí)工作在于橫截面曲線的校正長(zhǎng)度方面。圖5D示出了橫截面 曲線515的端部517和518的延伸，而圖5E示出了用兩個(gè)平面530和 531裁剪橫截面曲線521， 522， 523和524的端部，從而使這些橫截面曲 線的端點(diǎn)位于共有平面上。
一旦橫截面曲線的放置和長(zhǎng)短滿足用戶的要求，該橫截面曲線就可 以用作用戶所設(shè)計(jì)的放樣表面中的剖面輪廓。圖5F示出了在定義放樣表 面540時(shí)將橫截面曲線用作剖面輪廓541， 542， 543和544。在確定剖面 輪廓之后，用戶可以通過(guò)矯直/平滑所設(shè)計(jì)的放樣表面的等參曲線的曲線 流，來(lái)試圖提高放樣表面的連續(xù)性。用戶也可以通過(guò)產(chǎn)生和重建橫截面 曲線來(lái)試圖使表面更平滑。圖5G示出了用直的等參曲線流對(duì)放樣表面 540的近似。
被表示為諸如網(wǎng)格模型或點(diǎn)云模型等模型的3D掃描數(shù)據(jù)幾何體攜 有被重新設(shè)計(jì)的3D對(duì)象的形狀信息，即使該信息相對(duì)于參數(shù)表面模型而 言是比較粗略的和不連續(xù)的。3D掃描數(shù)據(jù)可以用來(lái)計(jì)算放樣表面。如上 所述，建模放樣表面的常規(guī)技術(shù)需要用戶手動(dòng)和重復(fù)地進(jìn)行在前面結(jié)合 圖3、圖4以及圖5A-圖5G說(shuō)明的技術(shù)。與建模放樣表面的常規(guī)技術(shù)相 比，本發(fā)明的實(shí)施例提供針對(duì)3D掃描數(shù)據(jù)的放樣表面的程序化計(jì)算，其 將從用戶得到的參數(shù)自動(dòng)地應(yīng)用于放樣表面計(jì)算中。
基于3D掃描數(shù)據(jù)4的模型12被用戶基于模型各區(qū)域的曲率值分組 為多個(gè)區(qū)域。如上所述，這種分組可以程序化地或手動(dòng)地實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明 的實(shí)施例提供圖形用戶界面，其使用戶能選擇將要為其創(chuàng)建放樣表面的 模型區(qū)域。用戶也可以指定U-V方向、導(dǎo)向曲線和/或容許偏差作為輸入 自變量。放樣計(jì)算工具8生成符合既定參數(shù)的所有必要輪廓曲線，并且 創(chuàng)建穿過(guò)所生成的輪廓曲線的放樣表面。與用于程序化放樣計(jì)算的所選 區(qū)域相交的曲線可以自動(dòng)延伸，作為放樣表面計(jì)算的一部分。在一個(gè)實(shí)施例中，用戶可以選擇幾何分離區(qū)域，從而創(chuàng)建連接這些
分離區(qū)域的單一放樣表面。例如，圖6示出了包括多個(gè)區(qū)域601-608的 模型600。圖形用戶界面32使用戶能選擇幾何上分離的區(qū)域602和604。 然后，放樣計(jì)算工具8程序化地計(jì)算連接所選區(qū)域602和604的放樣表 面。
圖形用戶界面32還使用戶能通過(guò)將模型顯示視圖中的矩形圖形分 量進(jìn)行圖形定向，來(lái)指定所計(jì)算的放樣表面的U-V方向(等參流方向)。 例如，圖7示出了圖形用戶界面32的一個(gè)解釋性實(shí)施例，其使得能通過(guò) 將覆蓋在模型700上的矩形平面702定向來(lái)選擇U-V方向704。在這一 實(shí)施中，為了改變U-V方向，用戶選擇平面702并將其移動(dòng)至所需位置。 沿著U方向可以生成剖面曲線，并且該剖面曲線可用作由放樣計(jì)算工具 計(jì)算的放樣表面的輪廓曲線。
用戶也能指定放樣表面計(jì)算中所采用的導(dǎo)向曲線。導(dǎo)向曲線穿過(guò)所 有的輪廓曲線，同時(shí)，放樣表面在該輪廓曲線和導(dǎo)向曲線上被創(chuàng)建出來(lái)。 圖形用戶界面32使用戶能選擇導(dǎo)向曲線，包括預(yù)先存在的導(dǎo)向曲線?？?選擇地，用戶可以使用圖形用戶界面32來(lái)選擇模型的特征區(qū)域以用作導(dǎo) 向曲線。例如，圖8示出了圖形用戶界面32的一個(gè)解釋性實(shí)施例，其使 用戶能選擇將要用于由放樣計(jì)算工具8執(zhí)行的放樣表面計(jì)算中的導(dǎo)向曲 線。圖形用戶界面32顯示了模型800,其包括對(duì)應(yīng)于所選U-V方向的覆 蓋的矩形圖形分量802。圖形用戶界面32使用戶能選擇將要用于模型800 的放樣表面計(jì)算中的導(dǎo)向曲線804。
如上所述，圖形用戶界面可使用戶使用特征區(qū)域作為將要用于放樣 表面計(jì)算中的導(dǎo)向曲線。更具體而言，用戶可以使用源于模型的不同區(qū) 域(例如模型的圓角區(qū)域(邊緣區(qū)域))的特征曲線。有很多不同的方式來(lái) 產(chǎn)生源于特征區(qū)域的特征曲線。例如，圖形用戶界面32可以包括3D草 圖模式，用戶可從該3D草圖模式選擇追蹤模型中的特征的指令，從而產(chǎn) 生特征曲線。作為另一個(gè)例子，用戶可以使用從參考多義線產(chǎn)生的插值 曲線，該參考多義線是從特征形狀自動(dòng)或半自動(dòng)提取的。
從模型的特征區(qū)域產(chǎn)生的導(dǎo)向曲線與用于計(jì)算放樣表面的輪廓曲線 相交。按照常規(guī)技術(shù)，需要重復(fù)的用戶手動(dòng)操作來(lái)將特征曲線用作導(dǎo)向
14曲線，從而使交點(diǎn)正確。本發(fā)明針對(duì)使用特征曲線的這一問(wèn)題提供了解 決機(jī)制。沒(méi)有導(dǎo)向曲線的初始放樣表面("未導(dǎo)向的放樣表面")被投 射到模型上。然后，由用戶選擇特征曲線并將其投射到未導(dǎo)向的放樣表 面上。用表面邊界的邊緣裁剪掉特征曲線的任何不必要部分。圖9A示出
了本發(fā)明實(shí)施例的未導(dǎo)向的放樣表面的使用。將未導(dǎo)向的放樣表面1002 置于模型1000上。由用戶選擇并用未導(dǎo)向的放樣表面1002的邊緣裁剪 特征曲線1006和1008。
將特征曲線應(yīng)用于未導(dǎo)向的放樣表面之后，放樣計(jì)算工具8識(shí)別特 征曲線和輪廓曲線之間的交點(diǎn)，所述特征曲線和輪廓曲線是使用上述技 術(shù)為放樣表面提供的。在一個(gè)實(shí)施例中，圖形用戶界面32可以接收用戶 指令，該用戶指令指示放樣計(jì)算工具將導(dǎo)向曲線重復(fù)地重建為平滑等參 流線，同時(shí)考慮用導(dǎo)向曲線最終計(jì)算出的放樣表面和模型數(shù)據(jù)之間的偏 差。圖9B示出了特征曲線1005、 1006、 1007和1008之間的交點(diǎn)1010。 圖9C示出了使用特征曲線作為導(dǎo)向曲線為模型1000計(jì)算的最終放樣表 面1020。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，圖形用戶界面32使用戶能指定所計(jì)算的放 樣表面和作為基礎(chǔ)的3D掃描幾何體之間的容許偏差量。可以使用不同的 方法計(jì)算偏差。最簡(jiǎn)單的方法是從參考網(wǎng)格/模型和每一多邊形開(kāi)始工 作，找到其他網(wǎng)格/模型中的最近的多邊形中心、邊或頂點(diǎn)。這一距離結(jié) 果就代表偏差。較復(fù)雜的方法是在每一多邊形的基礎(chǔ)上進(jìn)行工作，其中 確定該多邊形的法線方向，并且在這一方向上搜索其他網(wǎng)格/模型中的最 近的多邊形，以距離結(jié)果代表偏差。放樣計(jì)算工具8確定需要多少輪廓 曲線以及輪廓曲線應(yīng)該置于何處，從而計(jì)算所選區(qū)域的所需放樣表面。
在本發(fā)明的另一方面中，圖形用戶界面32使用戶能提供具有邊界條 件的起始和結(jié)尾輪廓，從而產(chǎn)生與現(xiàn)有主體平滑相連的放樣表面。
在一個(gè)實(shí)施例中，放樣計(jì)算工具使用戶能通過(guò)矯直/平滑被設(shè)計(jì)的放 樣表面的等參曲線的曲線流，來(lái)近似放樣表面。用戶可以通過(guò)產(chǎn)生和重 建用于程序化放樣計(jì)算的橫截面曲線，來(lái)試圖使表面更平滑。放樣計(jì)算 工具可以基于用戶所指定的偏差自動(dòng)計(jì)算需要多少橫截面曲線以及這些 曲線應(yīng)該置于何處。橫截面曲線的重建結(jié)果是比用常規(guī)技術(shù)可能得到的結(jié)果更平滑、更好看的表面。
在一個(gè)實(shí)施例中，如果掃描數(shù)據(jù)或用戶所指定的偏差量有所變化， 則放樣計(jì)算工具自動(dòng)更新放樣表面。更新過(guò)的放樣表面可以顯示給用戶
以待批準(zhǔn)。
本發(fā)明可以作為記錄在一種或多種介質(zhì)之上或之中的一種或多種計(jì) 算機(jī)可讀程序而提供。這類(lèi)介質(zhì)可以是軟盤(pán)、硬盤(pán)、光盤(pán)、通用數(shù)字光
盤(pán)、閃存卡、PROM、 RAM、 ROM或磁帶。通常，計(jì)算機(jī)可讀程序可以 以任何編程語(yǔ)言執(zhí)行?？梢允褂玫恼Z(yǔ)言的一些例子包括FORTRAN、 C、 C++、 0#或JAVA。軟件程序可以存儲(chǔ)在一種或多種介質(zhì)之上或之中作為 目標(biāo)代碼?？梢允褂糜布铀伲⑶宜谢虿糠执a可以在FPGA或ASIC 上運(yùn)行。代碼可以在諸如虛擬機(jī)等虛擬環(huán)境中運(yùn)行。用于運(yùn)行代碼的多 個(gè)虛擬機(jī)可以設(shè)在單一處理機(jī)上。
因?yàn)榭梢栽诓幻撾x本發(fā)明范圍的情況下作出一定變化，因此上述說(shuō) 明書(shū)所包含的或者附圖中所顯示的全部?jī)?nèi)容均應(yīng)被解釋成說(shuō)明性的，而 不僅僅是字面含義。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到，在不脫離本發(fā)明范圍 的情況下，附圖所示的順序步驟和結(jié)構(gòu)可以改變，并且這里所包含的說(shuō) 明僅是對(duì)本發(fā)明多種可能描述的個(gè)別例子。
權(quán)利要求
1.一種使用三維掃描數(shù)據(jù)創(chuàng)建放樣表面的方法，所述方法包括提供代表三維對(duì)象形狀的三維掃描數(shù)據(jù)集合，所述三維掃描數(shù)據(jù)被組合在代表三維對(duì)象的模型中；將所述模型分割成多個(gè)區(qū)域；選擇至少一個(gè)用于程序化放樣計(jì)算的區(qū)域；以及程序化地計(jì)算與三維掃描數(shù)據(jù)相擬合的放樣表面。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述模型是網(wǎng)格模型。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述模型是點(diǎn)云模型。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括提供用戶界面，所述用戶界面使得能選擇至少一個(gè)與程序化地計(jì)算 放樣表面有關(guān)的參數(shù)。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述至少一個(gè)參數(shù)是用戶指定的容許偏差。
6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述至少一個(gè)參數(shù)是用戶指定 的U-V方向。
7. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述至少一個(gè)參數(shù)是用戶指定 的導(dǎo)向曲線。
8. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述至少一個(gè)參數(shù)是用戶指定 的具有至少一個(gè)邊界條件的起始和結(jié)尾輪廓中的至少一個(gè)。
9. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述至少一個(gè)參數(shù)是用戶指定 的容許偏差，且其中，所述程序化地計(jì)算與三維掃描數(shù)據(jù)相擬合的放樣表面還包括程序化地產(chǎn)生至少兩條橫截面曲線，所述至少兩條橫截面曲線與用 于程序化放樣計(jì)算的所選區(qū)域相交，所述產(chǎn)生步驟包括基于用戶指定的 偏差計(jì)算所述至少兩條橫截面曲線中每一條的位置。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述程序化地計(jì)算與三維掃 描數(shù)據(jù)相擬合的放樣表面還包括根據(jù)所述至少一個(gè)區(qū)域的幾何特征程序化地計(jì)算U-V方向。
11. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述程序化地計(jì)算與三維掃 描數(shù)據(jù)相擬合的放樣表面還包括平滑地連接至少一條斷開(kāi)的曲線，所述至少一條斷開(kāi)的曲線與用于 程序化放樣計(jì)算的所選區(qū)域相交。
12. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述程序化地計(jì)算與三維掃 描數(shù)據(jù)相擬合的放樣表面還包括延伸至少一條曲線，所述至少一條曲線與用于程序化放樣計(jì)算的所 選區(qū)域相交。
13. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述程序化地計(jì)算與三維掃 描數(shù)據(jù)相擬合的放樣表面還包括裁剪多條曲線，所述多條曲線與用于程序化放樣計(jì)算的所選區(qū)域相 交，所述裁剪使所述多條曲線的各端點(diǎn)位于共有平面或從區(qū)域邊界延伸 的平滑曲線之一上。
14. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述程序化地計(jì)算與三維掃 描數(shù)據(jù)相擬合的放樣表面還包括使用多條橫截面曲線作為剖面輪廓，所述多條橫截面曲線與用于程 序化放樣計(jì)算的所選區(qū)域相交。
15. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述程序化地計(jì)算與三維掃描數(shù)據(jù)相擬合的放樣表面還包括將放樣表面近似，從而通過(guò)產(chǎn)生和重建與用于程序化放樣計(jì)算的所 選區(qū)域相交的橫截面曲線之中的至少一種方式，來(lái)矯直等參流曲線。
16. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，為程序化放樣計(jì)算選擇至少 兩個(gè)幾何分離區(qū)域，并且所計(jì)算的放樣表面將所述至少兩個(gè)幾何分離區(qū) 域的三維掃描數(shù)據(jù)連接。
17. 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括程序化地計(jì)算用于放樣表面計(jì)算中的導(dǎo)向曲線，所述導(dǎo)向曲線是根 據(jù)用戶所選的至少一個(gè)區(qū)域計(jì)算的。
18. —種用在計(jì)算設(shè)備中、用于使用三維掃描數(shù)據(jù)程序化地創(chuàng)建放 樣表面的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括代表三維對(duì)象形狀的三維掃描數(shù)據(jù)集合，所述三維掃描數(shù)據(jù)被組合 在代表三維對(duì)象的模型中，所述模型被分割成多個(gè)區(qū)域；放樣計(jì)算工具，其針對(duì)所述多個(gè)區(qū)域中的至少一個(gè)，程序化地計(jì)算 與三維掃描數(shù)據(jù)相擬合的放樣表面；以及顯示器，所述顯示器顯示用戶界面，所述用戶界面使得能選擇至少 一個(gè)與程序化地計(jì)算放樣表面有關(guān)的參數(shù)。
19. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，還包括用于收集三維掃描數(shù)據(jù)集合的三維掃描儀。
20. —種容納用于使用三維掃描數(shù)據(jù)創(chuàng)建放樣表面的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行 指令的物理介質(zhì)，所述介質(zhì)包括用于提供代表三維對(duì)象形狀的三維掃描數(shù)據(jù)集合的指令，所述三維 掃描數(shù)據(jù)被組合在代表三維對(duì)象的模型中；用于將所述模型分割成多個(gè)區(qū)域的指令； 用于選擇至少一個(gè)用于程序化放樣計(jì)算的區(qū)域的指令；以及 用于程序化地計(jì)算與三維掃描數(shù)據(jù)相擬合的放樣表面的指令。
21. 如權(quán)利要求20所述的介質(zhì)，其中，所述模型是網(wǎng)格模型。
22. 如權(quán)利要求20所述的介質(zhì)，其中，所述模型是點(diǎn)云模型。
23. 如權(quán)利要求20所述的介質(zhì)，其中，所述介質(zhì)還包括 用于提供用戶界面的指令，所述用戶界面使得能選擇至少一個(gè)與程序化地計(jì)算放樣表面有關(guān)的參數(shù)。
24. 如權(quán)利要求23所述的介質(zhì)，其中，所述至少一個(gè)參數(shù)是用戶指 定的容許偏差。
25. 如權(quán)利要求23所述的介質(zhì)，其中，所述至少一個(gè)參數(shù)是用戶指 定的U-V方向。
26. 如權(quán)利要求23所述的介質(zhì)，其中，所述至少一個(gè)參數(shù)是用戶指 定的導(dǎo)向曲線。
27. 如權(quán)利要求23所述的介質(zhì)，其中，所述至少一個(gè)參數(shù)是用戶指 定的具有至少一個(gè)邊界條件的起始和結(jié)尾輪廓中的至少一個(gè)。
28. 如權(quán)利要求23所述的介質(zhì)，其中，所述至少一個(gè)參數(shù)是用戶指 定的容許偏差，且其中，所述程序化地計(jì)算與三維掃描數(shù)據(jù)相擬合的放 樣表面還包括用于程序化地產(chǎn)生至少兩條橫截面曲線的指令，所述至少兩條橫截 面曲線與用于程序化放樣計(jì)算的所選區(qū)域相交，所述產(chǎn)生步驟包括基于 用戶指定的偏差計(jì)算所述至少兩條橫截面曲線中每一條的位置。
29. 如權(quán)利要求20所述的介質(zhì)，其中，所述程序化地計(jì)算與三維掃 描數(shù)據(jù)相擬合的放樣表面還包括用于根據(jù)所述至少一個(gè)區(qū)域的幾何特征程序化地計(jì)算U-V方向的指令。
30. 如權(quán)利要求20所述的介質(zhì)，其中，所述程序化地計(jì)算與三維掃描數(shù)據(jù)相擬合的放樣表面還包括用于平滑地連接至少一條斷開(kāi)的曲線的指令，所述至少一條斷開(kāi)的 曲線與用于程序化放樣計(jì)算的所選區(qū)域相交。
31. 如權(quán)利要求20所述的介質(zhì)，其中，所述程序化地計(jì)算與三維掃描數(shù)據(jù)相擬合的放樣表面還包括用于延伸至少一條曲線的指令，所述至少一條曲線與用于程序化放 樣計(jì)算的所選區(qū)域相交。
32. 如權(quán)利要求20所述的介質(zhì)，其中，所述程序化地計(jì)算與三維掃描數(shù)據(jù)相擬合的放樣表面還包括用于裁剪多條曲線的指令，所述多條曲線與用于程序化放樣計(jì)算的 所選區(qū)域相交，所述裁剪使所述多條曲線的各端點(diǎn)位于共有平面或從區(qū) 域邊界延伸的平滑曲線之一上。
33. 如權(quán)利要求20所述的介質(zhì)，其中，所述程序化地計(jì)算與三維掃描數(shù)據(jù)相擬合的放樣表面還包括用于使用多條橫截面曲線作為剖面輪廓的指令，所述多條橫截面曲 線與用于程序化放樣計(jì)算的所選區(qū)域相交。
34. 如權(quán)利要求20所述的介質(zhì)，其中，所述程序化地計(jì)算與三維掃描數(shù)據(jù)相擬合的放樣表面還包括用于將放樣表面近似的指令，從而通過(guò)產(chǎn)生和重建與用于程序化放 樣計(jì)算的所選區(qū)域相交的橫截面曲線之中的至少一種方式，來(lái)矯直等參流曲線。
35. 如權(quán)利要求20所述的介質(zhì)，其中，為程序化放樣計(jì)算選擇至少 兩個(gè)幾何分離區(qū)域，并且所計(jì)算的放樣表面將所述至少兩個(gè)幾何分離區(qū) 域的三維掃描數(shù)據(jù)連接。
36.如權(quán)利要求20所述的介質(zhì)，其中，所述介質(zhì)還包括 用于基于掃描數(shù)據(jù)的變化或用戶指定的偏差量的變化，自動(dòng)更新放 樣表面的指令。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種根據(jù)被表示為網(wǎng)格模型或點(diǎn)云模型的原始三維掃描數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算放樣表面的機(jī)制。經(jīng)由所提供的用戶界面，用戶輸入與放樣表面計(jì)算有關(guān)的參數(shù)。用戶輸入的參數(shù)和/或程序化地計(jì)算的參數(shù)可以包括U-V方向、導(dǎo)向曲線識(shí)別以及所計(jì)算的放樣表面與三維掃描數(shù)據(jù)之間的容許偏差量。然后，產(chǎn)生符合既定參數(shù)的輪廓曲線，并且使用所產(chǎn)生的輪廓曲線計(jì)算所選區(qū)域的放樣表面。用戶可以選擇幾何分離區(qū)域，從而創(chuàng)建連接所述分離區(qū)域的單一放樣表面。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101320397SQ20071014206
公開(kāi)日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2007年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月7日
發(fā)明者李東勛, 梁暢允, 裴奭勛, 趙成旭, 金斗洙 申請(qǐng)人:樂(lè)必峰軟件公司