專(zhuān)利名稱(chēng)：特征元素?cái)M合方法及其計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特征元素?cái)M合方法及其計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在三維產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)及制造過(guò)程中，誤差分析已經(jīng)成為產(chǎn)品質(zhì)量驗(yàn)證的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的 做法是使用點(diǎn)云獲取裝置獲取工件的點(diǎn)云(即由多個(gè)三維離散點(diǎn)組成的點(diǎn)的集合)，而后將 點(diǎn)云數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，執(zhí)行相應(yīng)軟件對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將離散的點(diǎn)擬合并創(chuàng)建成線(xiàn)、面 、圓、圓柱或球等特征元素。然后，將實(shí)際工件和特征元素所在的理論設(shè)計(jì)圖檔進(jìn)行對(duì)齊， 以確定實(shí)際工件與理論設(shè)計(jì)圖檔中的影像之間是否存在誤差。
目前，市場(chǎng)上出現(xiàn)了許多種擬合特征元素的方法，例如，利用最小二乘法擬合特征元素 ，但這些方法無(wú)法快速提取三維坐標(biāo)系中點(diǎn)云的最上層點(diǎn)及有效的邊界點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種特征元素?cái)M合方法，能夠快速提取三維坐標(biāo)系中點(diǎn)云的 最上層點(diǎn)及有效的邊界點(diǎn)，從而完成特征元素的擬合。
此外，還有必要提供一種擬合特征元素的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，采用迭代法快速將雜亂點(diǎn)云擬合 成特征元素。
一種特征元素?cái)M合方法，該方法包括根據(jù)所接收的點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立三角網(wǎng)格曲面；從該 三角網(wǎng)格曲面中選取需擬合特征元素的點(diǎn)云；從該所選取的點(diǎn)云中獲取屏幕的最上層點(diǎn)；提 取所述最上層點(diǎn)中的邊界點(diǎn)；采用迭代法將所述最上層點(diǎn)中的邊界點(diǎn)擬合成特征元素；獲取 所擬合的特征元素的參數(shù)；及根據(jù)所述特征元素的參數(shù)及所擬合的特征元素繪制特征元素。
一種擬合特征元素的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括三角網(wǎng)格化模塊，用于將點(diǎn)云建 立成三角網(wǎng)格曲面；提取模塊，用于從該三角網(wǎng)格曲面中選取需擬合特征元素的點(diǎn)云，從該 選取的點(diǎn)云中獲取最上層點(diǎn)，并提取所述最上層點(diǎn)中的邊界點(diǎn)；擬合模塊，用于采用迭代法 將所述最上層點(diǎn)中的邊界點(diǎn)擬合成特征元素，并獲取所擬合的特征元素的參數(shù)；及創(chuàng)建模塊 ，用于根據(jù)所述特征元素的參數(shù)及所擬合的特征元素繪制特征元素。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述特征元素?cái)M合方法及其計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，能夠快速提取三維坐標(biāo)系中 點(diǎn)云的最上層點(diǎn)及有效的邊界點(diǎn)，利用迭代法完成特征元素的擬合。


圖l是本發(fā)明擬合特征元素的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)較佳實(shí)施例的功能模塊圖。
圖2是本發(fā)明屏幕法線(xiàn)向量和最上層點(diǎn)的示意圖
圖3是本發(fā)明特征元素?cái)M合方法較佳實(shí)施例的作業(yè)流程圖。
圖4是圖3中步驟S 3的細(xì)化流程圖。
圖5是圖4中步驟S34的細(xì)化流程圖。
圖6是圖3中步驟S5的細(xì)化流程圖。
圖7是圖6步驟S57中擬牛頓迭代法的具體作業(yè)流程圖。
具體實(shí)施例方式
參閱圖1所示，是本發(fā)明擬合特征元素的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)l較佳實(shí)施例的功能模塊圖。該計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)1按軟件程序段的功能可被劃分為接收模塊10、三角網(wǎng)格化模塊12、提取模塊14、擬 合模塊16和創(chuàng)建模塊18。
所述接收模塊10用于接收影像量測(cè)機(jī)臺(tái)量測(cè)工件所產(chǎn)生的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，該點(diǎn)云數(shù)據(jù)包括了 點(diǎn)云的個(gè)數(shù)、點(diǎn)的標(biāo)識(shí)及每個(gè)點(diǎn)的屬性。
所述三角網(wǎng)格化模塊12用于根據(jù)所接收的點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立三角網(wǎng)格曲面。
所述提取模塊14用于從所述三角網(wǎng)格曲面中提取所有的邊界點(diǎn)，并從需擬合特征元素的 點(diǎn)云中提取邊界點(diǎn)。具體而言，當(dāng)用戶(hù)利用多義線(xiàn)從三角網(wǎng)格曲面中選取需擬合特征元素的 點(diǎn)云后，提取模塊14需從所選取的點(diǎn)云中找出屏幕上所顯示的最上層點(diǎn)，然后從所述最上層 點(diǎn)中提取邊界點(diǎn)用于擬合特征元素。如圖2所示，是本發(fā)明屏幕法線(xiàn)向量(將在后續(xù)提到) 和最上層點(diǎn)的示意圖，該圖僅為示意所用，點(diǎn)云的實(shí)際排布情況不限于此。在圖2中，標(biāo)號(hào) 2示意顯示器的屏幕，標(biāo)號(hào)3示意所述最上層點(diǎn)，標(biāo)號(hào)4示意屏幕法線(xiàn)向量，由該圖2可以看出 ，所述最上層點(diǎn)位于屏幕法線(xiàn)向量的最上一層。
擬合模塊16用于根據(jù)迭代法將所述最上層點(diǎn)中的邊界點(diǎn)擬合成特征元素，并獲取所擬合 的特征元素的參數(shù)。
創(chuàng)建模塊18用于根據(jù)所述特征元素的參數(shù)及所擬合的特征元素繪制特征元素。 參閱圖3，是本發(fā)明特征元素?cái)M合方法較佳實(shí)施例的作業(yè)流程圖。
步驟S1，接收模塊10接收影像量測(cè)機(jī)臺(tái)量測(cè)工件所產(chǎn)生的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，三角網(wǎng)格化模塊 12根據(jù)所接收的點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立三角網(wǎng)格曲面。其中，所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)包括點(diǎn)云的個(gè)數(shù)、點(diǎn)的標(biāo) 識(shí)及每個(gè)點(diǎn)的屬性。
步驟S3，提取模塊14從該三角網(wǎng)格曲面中選取需擬合特征元素的點(diǎn)云，并從該選取的點(diǎn) 云中提取最上層點(diǎn)的邊界點(diǎn)。步驟S5，擬合模塊16采用迭代法將所述最上層點(diǎn)的邊界點(diǎn)擬合成特征元素。本較佳實(shí)施 例中，該迭代法為擬牛頓迭代法。其中，所述特征元素包括線(xiàn)、面、圓、圓柱或球。
步驟S7，創(chuàng)建模塊18獲取所擬合的特征元素的參數(shù)，并根據(jù)所述特征元素的參數(shù)及所擬 合的特征元素繪制特征元素。其中，當(dāng)該特征元素為線(xiàn)時(shí)，所述參數(shù)包括線(xiàn)的起始點(diǎn)、結(jié)束 點(diǎn)及線(xiàn)的法向；當(dāng)該特征元素為面時(shí)，所述參數(shù)包括面的中心點(diǎn)和面的法向；該特征元素為 圓時(shí)，所述參數(shù)包括圓心、圓的半徑和圓的法向；該特征元素為圓柱時(shí)，所述參數(shù)包括圓柱 的中心點(diǎn)、半徑、高度及圓柱的法向；該特征元素為球時(shí)，所述參數(shù)包括球心和球的半徑。
參閱圖4，是圖3中步驟S3的細(xì)化流程圖。
步驟S30，提取模塊14提取所述三角網(wǎng)格曲面中的所有邊界點(diǎn)。本實(shí)施例以判斷一個(gè)點(diǎn) 是否是邊界點(diǎn)為例說(shuō)明如下提取模塊14從所述三角網(wǎng)格曲面中獲取當(dāng)前判斷點(diǎn)周?chē)娜?形及每個(gè)三角形的頂點(diǎn)，依次判斷所述頂點(diǎn)被當(dāng)前判斷點(diǎn)周?chē)娜切嗡加玫拇螖?shù)是否均 大于l，若判斷結(jié)果為否，則確定該當(dāng)前判斷點(diǎn)為邊界點(diǎn)。
步驟S32，提取模塊14利用多義線(xiàn)從所述三角網(wǎng)格曲面中選取需擬合特征元素的點(diǎn)云。 該選取的點(diǎn)云為三維空間內(nèi)的點(diǎn)云，即包括多個(gè)層次的點(diǎn)云。
步驟S34，從該所選取的點(diǎn)云中獲取屏幕上所顯示的最上層點(diǎn)，即從屏幕顯示的角度來(lái) 看，該層點(diǎn)位于所選取的點(diǎn)云的最上層。該獲取方法將在圖4中進(jìn)行具體描述。
步驟S36，將所述最上層點(diǎn)的屬性與步驟S30中的邊界點(diǎn)的屬性分別進(jìn)行比較，以找出所 述最上層點(diǎn)中的邊界點(diǎn)。具體而言，若所述最上層點(diǎn)中的某一點(diǎn)"a"的屬性與步驟S30中某 一邊界點(diǎn)的屬性相同，則確定該點(diǎn)"a"為所述邊界點(diǎn)。
參閱圖5，是圖4中步驟S34的細(xì)化流程圖。
步驟S340，根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)中點(diǎn)的三維坐標(biāo)計(jì)算得到所述點(diǎn)云的包圍盒，對(duì)該包圍盒進(jìn)行 分組，并將點(diǎn)云數(shù)據(jù)中每個(gè)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)填入到相應(yīng)的分組中。所述分組后每個(gè)單元小正方體的 邊長(zhǎng)可由組成三角網(wǎng)格曲面的三角形的最大邊長(zhǎng)及點(diǎn)云總數(shù)計(jì)算得出。其中，所述最大邊長(zhǎng) 為用戶(hù)自定義的邊長(zhǎng)，其約等于點(diǎn)云中相鄰點(diǎn)之間距離的平均值。
步驟S341，獲取當(dāng)前點(diǎn)所在的分組，并向周?chē)鲾U(kuò)大至少一個(gè)分組，例如，向外擴(kuò)3*3 個(gè)分組，以得到這些分組內(nèi)所有點(diǎn)周?chē)娜切巍?br> 步驟S343，根據(jù)屏幕的視角法向量為當(dāng)前點(diǎn)創(chuàng)建射線(xiàn)。所述屏幕的視角法向量是指用戶(hù) 平視電腦屏幕時(shí)視角所形成的法向量，該視角法向量垂直于用戶(hù)的水平視線(xiàn)。
步驟S345，統(tǒng)計(jì)上述射線(xiàn)與所述三角形的交點(diǎn)個(gè)數(shù)。
步驟S347，判斷所述交點(diǎn)個(gè)數(shù)是否等于l。若所述交點(diǎn)個(gè)數(shù)不等于l，則表明當(dāng)前點(diǎn)的射線(xiàn)與多個(gè)三角形相交了，因此，直接結(jié)束 流程；若所述交點(diǎn)個(gè)數(shù)等于l，則步驟S349，表明該當(dāng)前點(diǎn)為最上層點(diǎn)，將該當(dāng)前點(diǎn)加入最 上層點(diǎn)的數(shù)組中。
在實(shí)施例中的提取模塊14循環(huán)每個(gè)分組中的點(diǎn)，并重復(fù)步驟S341至步驟S349直至找到所 有的最上層點(diǎn)加入到所述數(shù)組中。
參閱圖6，是圖3中步驟S5的細(xì)化流程圖。
步驟S50，用戶(hù)根據(jù)圖2步驟S3中所提取的邊界點(diǎn)所組成的大致形狀，輸入擬合類(lèi)型，該 擬合類(lèi)型包括擬合面、擬合線(xiàn)、擬合圓、擬合圓柱和擬合球。
步驟S51，擬合模塊16判斷所輸入的擬合類(lèi)型是否為擬合線(xiàn)或擬合圓。若是，則直接進(jìn) 入步驟S52;若否，則轉(zhuǎn)入步驟S53。
于步驟S52，擬合模塊16先將所述邊界點(diǎn)擬合成一個(gè)面，然后將所述邊界點(diǎn)投影到該面 上，接著，進(jìn)入步驟S53。
于步驟S53，根據(jù)步驟S50中所輸入的擬合類(lèi)型得到相應(yīng)的迭代方程式。利用該迭代方程 式可計(jì)算出每個(gè)邊界點(diǎn)到預(yù)擬合圖形的最小距離。
具體而言，當(dāng)擬合類(lèi)型為擬合線(xiàn)時(shí)，該擬合線(xiàn)的迭代方程式為
<formula>formula see original document page 8</formula> ，其中，(、
a， Z')為當(dāng)前邊界點(diǎn)的坐標(biāo)，(&， ^q， 為擬合線(xiàn)的第一端點(diǎn)的坐標(biāo)，a為當(dāng)前
邊界點(diǎn)和該第一點(diǎn)的連線(xiàn)與擬合線(xiàn)間的夾角，n為邊界點(diǎn)的個(gè)數(shù)。當(dāng)所述擬合類(lèi)型為擬合圓 時(shí)，該擬合圓的迭代方程式為
<formula>formula see original document page 8</formula>，其中，(x''， a)為當(dāng)前
邊界點(diǎn)的坐標(biāo)，(&， "^)為擬合圓的圓心坐標(biāo)，R為擬合圓的半徑，n為邊界點(diǎn)的個(gè)數(shù)。 當(dāng)擬合類(lèi)型為擬合面時(shí)，該擬合面的迭代方程式為
<formula>formula see original document page 8</formula> ，其中，(、，力，Z')為當(dāng)前邊
界點(diǎn)的坐標(biāo)，n為邊界點(diǎn)的個(gè)數(shù)。當(dāng)擬合類(lèi)型為擬合圓柱時(shí)，該擬合圓柱的迭代方程式為，("a，')為當(dāng)前邊界點(diǎn)的坐標(biāo)，(Q， /Q， Q)為擬合圓柱的中心軸的第一點(diǎn)
坐標(biāo)，a為當(dāng)前邊界點(diǎn)和該第一點(diǎn)的連線(xiàn)與中心軸間的夾角，R為圓柱的半徑，n為邊界點(diǎn)的 個(gè)數(shù)。當(dāng)擬合類(lèi)型為擬合球時(shí)，該擬合球的迭代方程式為
/;'，')為當(dāng)前邊界點(diǎn)的坐標(biāo)，(Q， /Q，Q)為擬合球的球心的坐標(biāo)，R為球的半徑， n為邊界點(diǎn)的個(gè)數(shù)。
步驟S54，輸入迭代總次數(shù)m，該迭代總次數(shù)m由用戶(hù)指定。本較佳實(shí)施例僅以迭代一次 為例進(jìn)行具體說(shuō)明，用戶(hù)也可以進(jìn)行多次迭代以達(dá)到更精確的目的。例如，本實(shí)施例可用i 表示迭代次數(shù)即第幾次迭代。
步驟S55，根據(jù)迭代次數(shù)i和所述邊界點(diǎn)的總數(shù)得到該次迭代中的點(diǎn)云數(shù)目n。在本較佳 實(shí)施例中，假設(shè)n^3，當(dāng)1=1即第1次迭代時(shí)，從所述邊界點(diǎn)中按10: l的比例等間距均勻取點(diǎn) ，即此時(shí)11=邊界點(diǎn)總數(shù)*1/10，其中從該邊界點(diǎn)中按10: l的比例等間距均勻取點(diǎn)的具體步驟 為首先沿X軸、Y軸、Z軸方向?qū)λ鲞吔琰c(diǎn)的包圍盒進(jìn)行等間距分割，使該包圍盒被均勻 分成10個(gè)小包圍盒，而后分別求得所述10個(gè)小包圍盒的中心，最后分別取出離所述10個(gè)小包 圍盒的中心最近的點(diǎn)；當(dāng)1=2即第2次迭代時(shí)，從所述邊界點(diǎn)中按10: 5的比例等間距均勻取 點(diǎn)，即此時(shí)!1=待測(cè)物體的點(diǎn)云總數(shù)*5/10;當(dāng)1=3即第3次迭代時(shí)，取所有的邊界點(diǎn)進(jìn)行迭代
步驟S56，利用最小二乘法得到一個(gè)初始迭代參數(shù)。在本實(shí)施例中，擬合線(xiàn)的初始迭代 參數(shù)為該擬合線(xiàn)的兩個(gè)端點(diǎn)的坐標(biāo)，擬合圓的初始迭代參數(shù)為圓心坐標(biāo)，擬合球的初始迭代 參數(shù)為球心坐標(biāo)，擬合圓柱的初始迭代參數(shù)為該圓柱中心軸的兩個(gè)端點(diǎn)的坐標(biāo)，擬合面的初 始迭代參數(shù)為該擬合面在坐標(biāo)系內(nèi)的空間位置和法向量。
步驟S57，根據(jù)所述初始迭代參數(shù)，利用擬牛頓迭代法計(jì)算出預(yù)擬合圖形中點(diǎn)的坐標(biāo)。 具體而言，先計(jì)算出每個(gè)邊界點(diǎn)的迭代值，然后求取所述邊界點(diǎn)的虛擬點(diǎn)云位置A1，接著， 根據(jù)所述迭代總次數(shù)m判斷所述虛擬點(diǎn)云位置Al是否為預(yù)擬合圖形中點(diǎn)的坐標(biāo)。例如，若于 步驟S54中所輸入的迭代次數(shù)大于1 ，則所述邊界點(diǎn)的虛擬點(diǎn)云位置A1可作為下一次迭代時(shí)的 初始點(diǎn)云位置進(jìn)行迭代，以計(jì)算出虛擬點(diǎn)云位置A2，并以此方法類(lèi)推，計(jì)算出最后一次迭代 的虛擬點(diǎn)云位置A—作為預(yù)擬合圖形中點(diǎn)的坐標(biāo)；若于步驟S54中所輸入的迭代次數(shù)等于1 ，則
其中，(A、A1。其中，當(dāng)?shù)螖?shù)等于l時(shí)，所述迭代值即為邊界點(diǎn)到預(yù)擬合圖形的最小距離；當(dāng)?shù)?代次數(shù)大于l時(shí)，所述迭代值包括邊界點(diǎn)與第一次迭代時(shí)的虛擬點(diǎn)云位置A1之間的最小距離 、該第一次迭代時(shí)的虛擬點(diǎn)云位置A1與下一次迭代時(shí)的虛擬點(diǎn)云位置之間的最小距離及最后 一次迭代的虛擬點(diǎn)云位置A—到預(yù)擬合圖形的最小距離。
步驟S58，根據(jù)所述預(yù)擬合圖形中每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)及所輸入的擬合類(lèi)型擬合特征元素。 參閱圖7，是圖6步驟S57中的擬牛頓迭代法的具體作業(yè)流程圖。 步驟S600，將初始迭代參數(shù)代入迭代方程式f(x)中，計(jì)算出迭代函數(shù)值f(x)。 步驟S602，擬合模塊16判斷所計(jì)算出的迭代函數(shù)值f(x)是否小于擬合精度FunX。該擬合 精度F皿X為用戶(hù)自定義的擬合精度，可在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)l中預(yù)先輸入，其具體是指預(yù)擬合圖形 中的點(diǎn)云與圖2步驟S3中所提取的相應(yīng)邊界點(diǎn)之間的誤差要達(dá)到的程度。
若f (x)不小于FunX，則進(jìn)入步驟S604，利用數(shù)學(xué)法則如擬牛頓迭代法計(jì)算f (x)的下降方 向。所述下降方向指使f (x)的值變小的方向，即使邊界點(diǎn)到預(yù)擬合圖形的距離變小的方向。 步驟S606，判斷是否存在所述下降方向。
若存在所述下降方向，則進(jìn)入步驟S608，計(jì)算邊界點(diǎn)沿下降方向移動(dòng)擬合步長(zhǎng)D后到預(yù) 擬合圖形的距離f(xK。該擬合步長(zhǎng)D指以圖2步驟S3中所提取的相應(yīng)邊界點(diǎn)為基準(zhǔn)，每次移 動(dòng)預(yù)擬合圖形中心的距離，該擬合步長(zhǎng)D為用戶(hù)自定義的參數(shù)且可在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)l中預(yù)先輸入
具體而言，首先計(jì)算得到邊界點(diǎn)沿下降方向移動(dòng)D后的位置，而后利用該位置計(jì)算得到 該邊界點(diǎn)到預(yù)擬合圖形的距離f (xK 。其中，所述f (xr與步驟S600中f (x)的計(jì)算方法完全相 同，僅僅使用的參數(shù)不同，可參考步驟S600完成計(jì)算。
步驟S610，判斷上述計(jì)算得到的f(xK是否小于f(x)。若f(xK小于f(x)，則返回步驟 S604;若f (xK不小于f (x)，則返回步驟S608。
在步驟S606中，若不存在所述下降方向，則表明迭代函數(shù)值f(x)為所計(jì)算的迭代值，步 驟S612，輸出該迭代值，然后結(jié)束流程。在本實(shí)施例中，利用所計(jì)算出的迭代值及相應(yīng)邊界 點(diǎn)的坐標(biāo)可計(jì)算出預(yù)擬合圖形中每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。
在步驟S602中，若f(x)小于F皿X，則直接進(jìn)入步驟S612。
最后應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí) 施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案 進(jìn)行修改或等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
10
權(quán)利要求
1.一種特征元素?cái)M合方法，其特征在于，該方法包括從影像量測(cè)機(jī)臺(tái)接收點(diǎn)云數(shù)據(jù)；根據(jù)所接收的點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立三角網(wǎng)格曲面；從該三角網(wǎng)格曲面中選取需擬合特征元素的點(diǎn)云；從該所選取的點(diǎn)云中獲取屏幕的最上層點(diǎn)；提取所述最上層點(diǎn)中的邊界點(diǎn)；采用迭代法將所述最上層點(diǎn)中的邊界點(diǎn)擬合成特征元素；獲取所擬合的特征元素的參數(shù)；及根據(jù)所述特征元素的參數(shù)及所擬合的特征元素繪制特征元素。
2 如權(quán)利要求l所述的特征元素?cái)M合方法，其特征在于，所述步驟從 該所選取的點(diǎn)云中獲取屏幕的最上層點(diǎn)包括如下步驟(a) 根據(jù)所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)計(jì)算得到點(diǎn)云的包圍盒，對(duì)該包圍盒進(jìn)行分組，并將點(diǎn)云數(shù)據(jù) 中每個(gè)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)填入到相應(yīng)的分組中；(b) 獲取當(dāng)前點(diǎn)所在的分組，并向周?chē)鲾U(kuò)大至少一個(gè)分組，以得到分組內(nèi)所有點(diǎn)周 圍的三角形；(c) 根據(jù)屏幕視角法向量為當(dāng)前點(diǎn)創(chuàng)建射線(xiàn)；(d) 統(tǒng)計(jì)該射線(xiàn)與所述三角形的交點(diǎn)個(gè)數(shù)；(e) 當(dāng)所述交點(diǎn)個(gè)數(shù)等于l時(shí)，將當(dāng)前點(diǎn)加入最上層點(diǎn)的數(shù)組中；及(f) 循環(huán)每個(gè)分組中的點(diǎn)，并重復(fù)步驟(b)至步驟(e)直至找到所有的最上層點(diǎn)。
3 如權(quán)利要求l所述的特征元素?cái)M合方法，其特征在于，在所述根據(jù) 點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立三角網(wǎng)格曲面步驟之后，提取最上層點(diǎn)中的邊界點(diǎn)步驟之前還包括如下步驟 提取所述三角網(wǎng)格曲面中的所有邊界點(diǎn)。
4 如權(quán)利要求3所述的特征元素?cái)M合方法，其特征在于，所述步驟提 取所述最上層點(diǎn)中的邊界點(diǎn)包括如下步驟將所述最上層點(diǎn)的屬性與所述三角網(wǎng)格曲面中的所有邊界點(diǎn)的屬性分別進(jìn)行比較，以 找出所述最上層點(diǎn)中的邊界點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求l所述的特征元素?cái)M合方法，其特征在于，所述步驟采 用迭代法將所述最上層點(diǎn)中的邊界點(diǎn)擬合成特征元素包括以下步驟(i)輸入擬合類(lèi)型，該擬合類(lèi)型包括擬合面、擬合線(xiàn)、擬合圓、擬合圓柱和擬合球； (i i)判斷所輸入的擬合類(lèi)型是否為擬合線(xiàn)或擬合圓；(iii) 若是，則將所述邊界點(diǎn)擬合成一個(gè)面，然后將所述邊界點(diǎn)投影到該面上；(iv) 根據(jù)所輸入的擬合類(lèi)型利用最小二乘法得到一個(gè)初始迭代參數(shù)；(v) 將該初始迭代參數(shù)代入所輸入擬合類(lèi)型的迭代方程式中，并利用擬牛頓迭代法計(jì) 算出預(yù)擬合圖形中點(diǎn)的坐標(biāo)；及(vi )根據(jù)所述預(yù)擬合圖形中每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)及所輸入的擬合類(lèi)型擬合特征元素。
6.如權(quán)利要求5所述的特征元素?cái)M合方法，其特征在于，所述步驟( v)包括如下步驟(vl)將初始迭代參數(shù)代入所輸入擬合類(lèi)型的迭代方程式f(x)中，計(jì)算出迭代函數(shù)值f(x);(v2)判斷所計(jì)算出的迭代函數(shù)值f (x)是否小于擬合精度FunX;(v3)若f(x)不小于FunX，則利用擬牛頓迭代法計(jì)算f(x)的下降方向，該下降方向指 使邊界點(diǎn)到預(yù)擬合圖形的距離變小的方向； (v4)判斷是否存在所述下降方向；(v5)若存在所述下降方向，則計(jì)算邊界點(diǎn)沿下降方向移動(dòng)擬合步長(zhǎng)后到預(yù)擬合圖形 的距離f(x)、其中，該擬合步長(zhǎng)指以所提取的邊界點(diǎn)為基準(zhǔn)，每次移動(dòng)預(yù)擬合圖形中心的 距離；(v6)判斷上述計(jì)算得到的f(xK是否小于f(x);及(v7)若f(xK小于f(x)，則返回步驟(vl)，若f (xK不小于f (x)，則返回步驟(v5)c
7.如權(quán)利要求6所述的特征元素?cái)M合方法，其特征在于，若f(x)小于 FunX或步驟(v4)的判斷結(jié)果為不存在所述下降方向，則所述方法還包括如下步驟迭代函數(shù)值f (x)為所計(jì)算的迭代值，根據(jù)該迭代值及所述邊界點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算出預(yù)擬合 圖形中每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。
8. 一種擬合特征元素的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括三角網(wǎng)格化模塊，用于將點(diǎn)云建立成三角網(wǎng)格曲面；提取模塊，用于從該三角網(wǎng)格曲面中選取需擬合特征元素的點(diǎn)云，從該選取的點(diǎn)云中獲取屏幕的最上層點(diǎn)，并提取所述最上層點(diǎn)中的邊界點(diǎn)；擬合模塊，用于采用迭代法將所述最上層點(diǎn)中的邊界點(diǎn)擬合成特征元素，并獲取所擬 合的特征元素的參數(shù)；及創(chuàng)建模塊，用于根據(jù)所述特征元素的參數(shù)及所擬合的特征元素繪制特征元素。
9.如權(quán)利要求8所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述提取模塊還用 于提取所述三角網(wǎng)格曲面中的所有邊界點(diǎn)，將所述最上層點(diǎn)的屬性與該三角網(wǎng)格曲面中的所 有邊界點(diǎn)的屬性分別進(jìn)行比較，以找出所述最上層點(diǎn)中的邊界點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求8所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述提取模塊在 從所選取的點(diǎn)云中獲取屏幕的最上層點(diǎn)的過(guò)程中執(zhí)行如下步驟(a) 根據(jù)所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)計(jì)算得到點(diǎn)云的包圍盒，對(duì)該包圍盒進(jìn)行分組，并將點(diǎn)云數(shù)據(jù) 中每個(gè)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)填入到相應(yīng)的分組中；(b) 獲取當(dāng)前點(diǎn)所在的分組，并向周?chē)鲾U(kuò)大至少一個(gè)分組，以得到分組內(nèi)所有點(diǎn)周 圍的三角形；(c) 根據(jù)屏幕視角法向量為當(dāng)前點(diǎn)創(chuàng)建射線(xiàn)；(d) 統(tǒng)計(jì)該射線(xiàn)與所述三角形的交點(diǎn)個(gè)數(shù)；(e) 當(dāng)所述交點(diǎn)個(gè)數(shù)等于l時(shí)，將當(dāng)前點(diǎn)加入最上層點(diǎn)的數(shù)組中；及(f) 循環(huán)每個(gè)分組中的點(diǎn)，并重復(fù)步驟(b)至步驟(e)直至找到所有的最上層點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種特征元素?cái)M合方法，包括根據(jù)所接收的點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立三角網(wǎng)格曲面；從該三角網(wǎng)格曲面中選取需擬合特征元素的點(diǎn)云；從該所選取的點(diǎn)云中獲取屏幕的最上層點(diǎn)；提取所述最上層點(diǎn)中的邊界點(diǎn)；采用迭代法將所述最上層點(diǎn)中的邊界點(diǎn)擬合成特征元素；獲取所擬合的特征元素的參數(shù)；及根據(jù)所述特征元素的參數(shù)及所擬合的特征元素繪制特征元素。本發(fā)明還提供一種擬合特征元素的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。利用本發(fā)明可快速將雜亂點(diǎn)云擬合成特征元素。
文檔編號(hào)G06T7/00GK101667290SQ200810304390
公開(kāi)日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者吳新元, 張旨光, 敏 王 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司;鴻海精密工業(yè)股份有限公司