使用三维扫描数据进行网格和实体混合建模的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种机制，其能够使用户将３Ｄ扫描数据模型区域用作表面体，从而不需要将模型区域转换成参数表面以作为执行部件体建模操作的先决条件。在ＣＡＤ重新建模中，输入原始３Ｄ扫描数据。本发明专利技术允许用户直接使用区域作为部件体建模操作的输入自变量，只要薄片体（表面体）可用作建模输入自变量。此外，如果体建模中使用的任何区域被用户修改，则从拟合区域生成的表面也被重新计算，并且体模型自动更新。当用户将更多扫描数据加入区域、从区域除去扫描数据、平滑化几何图形或使用其他编辑功能时，可能会发生上述区域修改。

【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CAD部件体建模操作中直接使用3D扫描数据。
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部件体。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。使用3D扫描数据使3D CAD部件体重新建模需要耗时的工作。其复杂性之一在于，一个部件体只能由其他部件体在其上操作。举例来说，用户可以使用布尔运算(Boolean operation)以合并两个部件体，但是通常没有办法合并CAD部件体与3D扫描数据模型。在用户可以进行更正规的CAD建模程序之前，用户必须设计出复制扫描数据区域的CAD实体或薄片体，作为中间步骤。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供利用CAD系统进行工作的计算机化过程，所述CAD系统允许用户将从原始扫描数据生成的点云模型或网格模型用于CAD部件体操作，而不需要将扫描数据预转换成CAD部件体。所述计算机化的过程能够使用户将3D扫描数据模型区域用作表面体，从而不需要将模型区域转换成参数表面以作为执行部件体建模操作的先决条件。在CAD重新建模中，输入形成模型的原始3D扫描数据。本专利技术允许用户直接使用模型区域作为部件体建模操作的输入自变量，只要薄片体(表面体)可用作建模输入自变量。本专利技术的实施例还允许用户在实施相同过程之前通过区域切割实体。此外，如果体建模中使用的任何区域被用户修改，则通过拟合区域生成的表面也被重新计算，并且体模型自动更新。当用户将更多数据加入区域、从区域除去扫描数据、平滑化几何图形或使用其他编辑功能时，可能会发生上述区域修改。在本专利技术的一个实施例中，提供一种使用3D扫描数据执行3D CAD部件体建模的方法，包括提供代表三维对象形状的3D扫描数据集合的步骤。所述3D扫描数据形成代表所述三维对象的模型。所述方法还提供用于使至少一个CAD部件体重新建模的CAD系统，然后将所述模型分割成多个网格区域。此外，所述方法从至少一个区域选择数据。所选数据用于程序化地隐含代表所述区域的表面体。所述表面体用作CAD部件体建模操作的输入自变量。在本专利技术的另一实施例中，提供一种使用3D扫描数据执行3D CAD部件体建模的系统，所述系统包括代表三维对象形状的3D扫描数据集合。所述3D扫描数据形成代表所述三维对象的模型。所述系统还包括CAD应用程序，其用于利用部件体建模操作使至少一个CAD部件体重新建模。所述部件体建模操作允许使用表面体建模输入自变量。此外，所述系统包括所述模型中的至少一个识别区域，所述至少一个识别区域与所述3D扫描数据的一部分关联。所述系统还包括用户界面，其使得能够选择与所述识别区域关联的数据。所选数据用于程序化地隐含代表所述区域的表面体，所述表面体用作所述CAD部件体建模操作的输入自变量。在一个实施例中，提供一种使用3D扫描数据执行3D CAD部件体建模的方法，包括以下步骤提供代表三维对象形状的3D扫描数据集合，所述3D扫描数据累积形成所述三维对象的模型。所述方法还选择所述模型中的至少一区域并计算所述至少一个区域的隐含表面。所述隐含表面用作CAD部件体建模操作的输入自变量。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，在部件体建模操作中直接使用来自模型区域的3D扫描数据；图3A示出提供分割和多边形选择工具的用户界面；图3B示出用不同选择工具选择的模型区域；图3C示出从另一选择删除一种选择的净效应；图3D示出体积选择工具的使用；图4示出在网格区域上增加网格选择；图5A和图5B示出选择和增加另一网格区域；图5C和图5D示出两个网格区域的选择与合并； 图5E和图5F示出多边形的选择以及它们随后与网格区域的合并；图6A和图6B示出线选择工具和‘分裂’命令的使用；图7A和图7B示出矩形选择工具和‘除去’命令的使用；图8A～图8C示出网格区域以及随后使用本专利技术的工具对其进行缩小和放大；图9A示出网格区域的选择；图9B示出能够对于图9A中选定的网格区域选择表面拟合参数的用户界面；图9C示出作为结果的拟合表面；图10A-10C示出在对网格进行编辑之后，基于表面拟合的重新拟合；图11A-11C示出‘拉伸至表面’参数的选择和操作；图12A-12C示出‘拉伸至区域’参数的选择和操作；图13A-13C示出在用户编辑被用作部件体操作的输入自变量的网格区域之后，部件体操作的自动重新计算；图14A和图14B示出‘旋转至区域’命令的使用，其中网格数据提供输入自变量；以及图15A和图15B示出使用网格区域的隐含表面以执行CAD切割操作。具体实施例方式本专利技术的实施例为用户提供了通过工具使用3D扫描数据执行反向工程，所述工具允许在CAD部件体建模操作中直接使用3D扫描数据。用户所选模型区域中存在的隐含表面被使用诸如表面拟合或插值法等技术程序化地计算/近似。然后，将隐含表面提供给接收表面体输入自变量的CAD部件体建模操作。直接使用扫描数据而不必在执行部件体建模操作之前从3D扫描数据生成中间CAD部件体的这种能力，意味着设计者可以节省大量的时间和精力。对先前已在CAD部件体建模操作中使用的模型区域所作的用户改变，引起隐含表面的自动重新计算，并引起使用新的重新计算的隐含表面进行部件体建模操作。图1示出适于实施本专利技术示例性实施例的环境。计算设备102包括被扫描三维对象的原始3D(三维)扫描数据104的集合。可以从与计算设备102通讯的3D扫描仪103收集原始3D扫描数据104，或者可以是预先存储的扫描数据集合。计算设备102还是CAD应用程序106和混合建模工具110的主机。计算设备102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CAD应用程序106和混合建模工具110的另一种计算设备。混合建模工具110是将在下面进一步详细讨论的可执行软件程序或应用程序。混合建模工具110可以作为一个或多个应用程序处理、一个或多个应用插件或是独立应用程序来执行。在本专利技术的一种实施中，混合建模工具110与CAD应用程序106集成为一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用３Ｄ扫描数据执行３ＤＣＡＤ部件体建模的方法，所述方法包括：提供代表三维对象形状的３Ｄ扫描数据集合，所述３Ｄ扫描数据形成代表所述三维对象的模型；提供用于使至少一个ＣＡＤ部件体重新建模的ＣＡＤ系统；将所述模型分割 成多个区域；以及从所述多个区域的至少一个区域中选择数据，所选数据用于程序化地隐含代表所述区域的表面体，所述表面体用作ＣＡＤ部件体建模操作的输入自变量。

【技术特征摘要】
US 2006-5-9 60/767,516;US 2007-3-7 11/683,1631.一种使用3D扫描数据执行3D CAD部件体建模的方法，所述方法包括提供代表三维对象形状的3D扫描数据集合，所述3D扫描数据形成代表所述三维对象的模型；提供用于使至少一个CAD部件体重新建模的CAD系统；将所述模型分割成多个区域；以及从所述多个区域的至少一个区域中选择数据，所选数据用于程序化地隐含代表所述区域的表面体，所述表面体用作CAD部件体建模操作的输入自变量。2.如权利要求1所述的方法，其中所述模型是网格模型。3.如权利要求1所述的方法，其中所述模型是点云模型。4.如权利要求1所述的方法，还包括程序化地识别代表所述区域的表面体类型。5.如权利要求4所述的方法，其中所述表面类型选自平面、球、圆柱、锥、圆环和/或自由形式。6.如权利要求5所述的方法，还包括基于所识别的类型程序化地计算所述区域的至少一个表面参数。7.如权利要求6所述的方法，其中所述至少一个表面参数涉及选自以下的参数与UV轴有关的参数、与U控制点数量有关的参数、与V控制点数量有关的参数、与拟合公差有关的参数、与所述区域平滑度有关的参数和/或与所述表面体扩展有关的参数，其中所述拟合公差是所述隐含表面体和所述区域之间的偏差量。8.如权利要求1所述的方法，还包括向用户显示所述隐含表面体的预览。9.如权利要求1所述的方法，还包括使用所述隐含表面体执行所述CAD部件体建模操作。10.如权利要求9所述的方法，其中所述CAD部件体建模操作选自拉伸至表面操作、表面操作的修剪、修剪和合并操作、用于置换表面体上的面的操作以及切割操作。11.如权利要求1所述的方法，其中借助于经由图形用户界面提供给用户的选择工具从所述至少一个区域选择所述数据。12.如权利要求10所述的方法，其中所述选择工具选自线选择工具、矩形选择工具、圆选择工具、多义线选择工具、徒手画选择工具、画笔选择工具、填充选择工具、盒子选择工具、圆柱选择工具和/或球选择工具。13.如权利要求1所述的方法，还包括编辑所选区域；以及自动地重新识别代表所述区域的表面类型。14.如权利要求13所述的方法，其中对所选区域的编辑执行选自以下的操作添加至所选区域、除去所选区域的至少一部分、合并所选区域与另一区域、分裂所选区域、放大所述区域以及缩小所述区域。15.如权利要求13所述的方法，还包括基于重新识别的类型程序化地计算所选区域的表面参数。16.如权利要求1所述的方法，还包括修改所述3D扫描数据，所述修改从几何或图形上改变所述3D扫描数据；以及将因所述修改造成的所述3D扫描数据变化传递给所述隐含表面体。17.一种使用3D扫描数据执行3D CAD部件体建模的系统，所述系统包括代表三维对象形状的3D扫描数据集合，所述3D扫描数据形成代表所述三维对象的模型；CAD应用程序，其用于利用部件体建模操作使至少一个CAD部件体重新建模，所述部件体建模操作允许使用表面体建模输入自变量；所述模型中的至少一个识别区域，所述至少一个识别区域与所述3D扫描数据的一部分关联；以及用户界面，其使得能够选择与所述至少一个识别区域关联的数据，所选择的数据用于程序化地隐含代表所述...

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