分析当处理３Ｄ扫描数据时３Ｄ建模精度的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种用于测量由于使用３Ｄ扫描数据的反向工程过程造成的精度损失量的自动化机制。所述实施例提供了一种向用户呈现扫描数据编辑和ＣＡＤ重新建模操作对扫描数据精度影响的机制。此外，用户可以选择表示关于模型的误差分布的图形显示方式，如使用颜色图和触须图。精度损失可以在编辑／建模命令完成之后或在预览命令过程中呈现给用户，从而允许用户采取适合的动作。基于测定由于扫描数据编辑或ＣＡＤ重新建模操作造成的精度损失量，还可以程序化地调节各参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施方案一般涉及CAD(计算机辅助设计)，更具体涉及在反向工程过程中测量精度损失。
技术介绍
计算机辅助设计(CAD)应用程序被用于生成二维和三维对象的计算机模型，作为用于被建模的实际物理装置生成过程的一部分。这些模型通常包括必须单独设计的多个CAD部件体。CAD部件体是CAD应用程序所使用的用于生成实体或薄片(厚度为零的开放体)几何图形的计算模型。一旦设计者对设计满意，就可以使用CAD模型生成实际的物理装置。3D扫描通过收集代表被扫描三维对象形状的高分辨率点来捕获三维对象的物理几何信息。3D扫描数据可以由一组点或致密三角形(或其他形状的)网格代表，这些点或网格累积形成被扫描对象的模型。这种模型可以被分割成多个被称作区域的组。在网格模型中，区域是指网格区域，其是可以由用户任意定义或可以由计算机程序自动识别的一组三角形(或其他形状的)面。计算机程序也可以被设计成通过估计和追踪曲率信息来检测和组合平面的、圆柱形的、球形的、锥形的、环形的或自由形式的网格区域。一旦捕获了原始3D扫描数据，就可以将其转换成CAD部件模型，以进一步处理，从而复制或修改三维对象的设计。这种捕获三维对象的3D扫描数据以将其提供给CAD应用程序、从而可以复制或重新设计对象的过程被称作反向工程。在反向工程过程中，存在两种主要的可能性使初始扫描数据精度损失。第一种可能性可能在原始3D扫描数据的编辑过程中发生。3D扫描数据倾向于具有噪音，从而用户需要对数据执行平滑化操作，以更容易地直接计算NC工具轨迹，构建RP(快速原型技术)模型或使CAD部件重新建模。然而，平滑化操作使扫描数据中的点移动，结果与初始数据相比造成精度损失。造成精度损失的另一种类型操作是抽取(或简化)。抽取是一种当网格面代表更多平面(平坦)区域时，使用更大网格来降低网格面数量的方法。抽取也从初始扫描数据更改了点坐标。使初始扫描数据具有极大精度损失危险的反向工程过程的第二部分是在复制原始3D扫描数据几何形状的CAD模型的设计过程中。CAD部件体由一组参数表面代表，而3D扫描数据由点或一组三角形(二次曲面的或其他形状的)网格代表。其结果是，在原始3D扫描模型和反向工程的CAD模型之间总是存在差异。精度损失可以认为是这两种模型之间的偏差。理想情况是，用户应该能够追踪和管理从原始扫描数据编辑到CAD重新建模的整个反向工程过程中的精度损失。遗憾的是，精度损失的追踪和管理不是容易的工作，因为每当用户编辑原始扫描数据和/或加入CAD特征时，用户都需要检查精度损失。
技术实现思路
本专利技术的实施例为用户提供一种测量由于使用3D扫描数据的反向工程过程造成的精度损失量的自动有效方式。所述实施例提供了一种为用户连续更新进行反向工程过程对扫描数据精度影响的机制。本专利技术打开原始3D扫描数据，从而用户可以开始扫描数据编辑或CAD重新建模。用户可以设置控制总容差、容许误差量的参数。容差表明初始的原始扫描数据和最终反向工程的CAD模型或编辑的扫描数据之间的最大距离偏差。此外，用户可以选择表示关于模型的误差分布的图形显示方式，如使用颜色图和触须图。通过在用户所规定的关于模型的误差显示上表示损失，本专利技术自动地为用户更新精度损失信息。误差可以在编辑/建模命令完成之后或在预览命令过程中呈现给用户。精度分析工具自动地显示精度损失超过用户所规定颜色中的总容差的区域。误差显示以图形通知用户不希望的编辑或建模参数。在本专利技术的一个实施例中，提供一种分析当处理3D扫描数据时3D建模精度的方法，包括提供用来形成代表三维对象形状的模型的3D扫描数据集合。还提供用来使从所述3D扫描数据形成的至少一个CAD部件体重新建模的CAD系统。所述方法选择被设计用来处理至少部分所述3D扫描数据或至少部分所述CAD部件体的操作。所述方法还测定由于所选操作造成的精度损失量度。将由于所选操作造成的所述精度损失量度呈现给用户。在另一个实施例中，提供一种分析当处理3D扫描数据时3D建模精度的系统，包括用来形成代表三维对象形状的模型的3D扫描数据的集合。所述系统还包括用来使从所述3D扫描数据形成的至少一个CAD部件体重新建模的CAD应用程序。此外，用户界面能够选择操作。所述可选择的操作是扫描数据编辑操作或CAD重新建模操作。所述系统还包括精度分析工具，所述精度分析工具测量由于所选操作造成的精度损失。附图说明本专利技术由所附权利要求中的特征来限定。参考下面结合附图所作的说明，可以更好地理解本专利技术的上述优点以及本专利技术的其他优点，在附图中图1示出适于实施本专利技术实施例的环境；图2是本专利技术实施例的顺序步骤的流程图，用于测量3D扫描数据中的精度损失；图3A示出初始扫描数据；图3B示出抽取后图3A的扫描数据；图3C示出使用精度分析工具测定的偏差计算；图4A示出偏差公差值的设置；图4B示出抽取操作应用于在显示给用户的公差设置之外的区域； 图5示出在对模型应用大大超过公差设置的操作之后生成的误差结果；图6示出用于追踪曲率精度的本专利技术的用户界面；图7A和图7B示出使用在网格上绘制的曲线公差设置来显示曲率精度信息；图8示出具有扭转颜色图的空间曲线；图9示出用于追踪相离端精度的用户界面；图10示出使用精度分析工具执行的环境制图；图11A-11C示出追踪CAD重新建模命令(自动生成表面)的精度；图12A和图12B示出关于扫描数据绘制的曲线偏差值；图13A-13C示出从扫描数据生成的CAD实体的精度信息；图14A-14C示出使用优化过程调节图13A-13C的结果。具体实施例方式本专利技术的实施例使用3D扫描数据为执行反向工程的用户提供精度损失信息。精度损失信息表明扫描数据编辑操作或CAD重新建模操作对3D扫描数据的影响。精度损失表明在选择的参考3D扫描数据(例如初始扫描数据或修改之前3D扫描数据的在先状态)与修改的原始3D扫描数据或3D扫描数据的衍生体如表面或实体之间的距离偏差。向用户通知已被扫描数据编辑或CAD重新建模操作引起或将被其引起的参考扫描数据变化。在一种实施中，在提出的操作完成之前，该操作的效果在预览窗格中呈现给用户。图1示出适于实施本专利技术实施例的环境。计算设备2包括被扫描三维对象的原始3D扫描数据4的集合。可以从与计算设备2通讯的三维扫描仪3收集原始3D扫描数据4，或者可以是存储的扫描数据集合。计算设备2还是精度分析工具5和CAD应用程序6的主机。计算设备2可以是工作站、服务器、膝上型电脑、大型计算机、PDA、一起操作的设备群组、虚拟设备或能够支持精度分析工具5和CAD应用程序6的另一种计算设备。用软件执行精度分析工具5，并识别由于使用3D扫描数据执行的所选操作造成的精度损失量。精度分析工具5可以作为一种或多种处理、线程、任务、应用插件、独立应用程序或其他可执行处理来执行。在本专利技术的一种实施中，精度分析工具5与CAD应用程序6集成为一个工具。在另一种实施中，精度分析工具5与CAD应用程序6通讯，但不是CAD应用程序的一部分。CAD应用程序6可以包括或可以存取至少一种CAD重新建模操作8和至少一种扫描数据编辑应用程序10。下面进一步详细说明CAD重新建模操作8和扫描数据编辑操作10。原始扫描数据4是代表被扫描三维对象形状的三维高分辨率点的集合。在一种实施中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种容纳用于分析当处理３Ｄ扫描数据时３Ｄ建模精度的计算机可执行指令的物理介质，所述介质包括：用于提供用来形成代表三维对象形状的模型的３Ｄ扫描数据集合的指令；用于提供用来使从所述３Ｄ扫描数据形成的至少一个ＣＡＤ部件体重新建模的ＣＡＤ系统的指令；用于选择被设计用来处理至少部分所述３Ｄ扫描数据或至少部分所述至少一个ＣＡＤ部件体之一的操作的指令；用于测定由于所选操作造成的精度损失量度的指令；以及用于将所述精度损失量度呈现给用户的指令。

【技术特征摘要】
US 2006-5-9 60/767,517;US 2007-4-9 11/733,0291.一种容纳用于分析当处理3D扫描数据时3D建模精度的计算机可执行指令的物理介质，所述介质包括用于提供用来形成代表三维对象形状的模型的3D扫描数据集合的指令；用于提供用来使从所述3D扫描数据形成的至少一个CAD部件体重新建模的CAD系统的指令；用于选择被设计用来处理至少部分所述3D扫描数据或至少部分所述至少一个CAD部件体之一的操作的指令；用于测定由于所选操作造成的精度损失量度的指令；以及用于将所述精度损失量度呈现给用户的指令。2.如权利要求1所述的介质，其中所述模型是网格模型。3.如权利要求1所述的介质，其中所述模型是点云模型。4.如权利要求1所述的介质，其中所述介质还包括用于在开始所述操作之前将所述精度损失量度作为预览呈现给用户的指令。5.如权利要求1所述的介质，其中所述介质还包括用于在完成所述操作之后将所述精度损失量度呈现给用户的指令。6.如权利要求1所述的介质，其中所述精度损失量度以图形呈现给用户。7.如权利要求6所述的介质，其中所述精度损失量度通过误差图呈现给用户。8.如权利要求7所述的介质，其中所述误差图是热图。9.如权利要求1所述的介质，其中所述测定精度损失包括比较所选操作对用户所选公差的影响。10.如权利要求9所述的介质，其中所述用户所选公差表达成一定范围。11.如权利要求1所述的介质，其中所述操作是扫描数据编辑操作。12.如权利要求11所述的介质，其中所述操作是构建网格操作。13.如权利要求12所述的介质，其中所述构建网格操作是平滑化、抽取、细分、清除、重构网格、除去特征、填孔和边界平滑化之一。14.如权利要求11所述的介质，其中所述精度损失量度测量由于所选操作性能而在所述扫描数据中造成的曲率、偏差和顶点平衡中的至少一种精度损失。15.如权利要求11所述的介质，其中所述介质还包括用于根据测定所述精度损失量度的结果调节所选操作的至少一种参数的指令。16.如权利要求15所述的介质，其中所述调节在没有用户干预下程序化地进行。17.如权利要求1所述的介质，其中所述操作是CAD重新建模操作。18.如权利要求17所述的介质，其中所述CAD重新建模操作是将表面拟合成所述扫描数据、布置/绘制关于所述扫描数据的曲线、使用所述扫描数据生成实体、测量曲率、测量偏差、测量连续性和环境制图之一。19.如权利要求17所述的介质，其中所述介质还包括用于执行优化过程以根据测定所述精度损失量度的结果调节CAD部件体的至少一种参数的指令。20.如权利要求19所述的介质，其中所述优化过程是误差最小化过程。21.如权利要求20所述的介质，其中所述介质还包括用于调节CAD部件体参数以使至少一个所选区域内的误差量最小化的指令。22.如权利要求21所述的介质，其中所述调节在没有用户干预下程序化地进行。23.如权利要求1所述的介质，其中所述介质还包括用于程序化地更新精度损失量度的指令，当所述3D扫描数据和所述至少一个CAD部件体之一由于用户选择的操作造成变化时...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴奭勋，李东勋，
申请(专利权)人：乐必峰软件公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]