一种快速精确计算砂石球体类似度的算法制造技术

本发明专利技术涉及一种快速精确计算砂石球体类似度的算法，扫描获取单个砂石颗粒的三维扫描图像,计算砂石颗粒的体积；以三维扫描图像内的任意一点作为初始球心，以初始球心距离表面的最大距离作为初始半径R0，以初始球心形成初始半径为R0的外接球，外接球与三维扫描图像的表面形成若干交点；初始球心指向外接球与表面的交点的向量叠加，单位化后形成位移矢量，初始球心沿位移矢量方向移动得到新的球心形成新的外接球，新的外接球与表面形成若干交点；重复迭代直至新的外接球的半径收敛速度至设定值时以当前半径计算砂石颗粒的球体类似度。本发明专利技术可以较为精确、快速锁定砂石最小外接球的半径，进而较为准确计算出砂石颗粒球形度。进而较为准确计算出砂石颗粒球形度。进而较为准确计算出砂石颗粒球形度。

【技术实现步骤摘要】
一种快速精确计算砂石球体类似度的算法


[0001]本专利技术涉及建筑材料领域，具体涉及一种快速精确计算砂石球体类似度的算法。

技术介绍

[0002]砂石的粒形对混凝土工作性能具有一定的影响，尤其针对当前天然砂石资源紧缺，机制砂和再生骨料的大规模应用，机制砂和再生骨料相较于天然砂石粒更为复杂，砂石的粒形评价可作为高性能混凝土的原材料选择的依据。
[0003]球体类似度是用于衡量砂石粒形的指标之一，球体类似度定义有许多种，其中之一是根据砂石体积和最小外接球体积定义：
[0004]现有的方法是采用投影的最大长度作为直径计算出圆形度后间接计算球体类似度，是一种基于该定义的简化计算方法，存在较大误差，计算结果不够精确。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种快速精确计算砂石球体类似度的算法，通过确定砂石颗粒的最小外接球半径来计算砂石颗粒的球体类似度，提升球体类似度的计算精度。
[0006]本专利技术的技术目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种快速精确计算砂石球体类似度的算法，包括以下步骤：
[0008]S1、扫描砂石颗粒获取单个砂石颗粒的三维扫描图像,单个砂石颗粒的三维扫描图像由若干三角形单元围成；
[0009]S2、根据三角形单元的三维坐标计算砂石颗粒的体积G；
[0010]S3、以砂石颗粒的三维扫描图像内的任意一点作为初始球心，以初始球心距离三维扫描图像表面的最大距离作为初始半径R0，以初始球心形成初始半径为R0的外接球，外接球与三维扫描图像的表面形成若干交点；
[0011]S4、初始球心指向外接球与三维扫描图像的表面的交点的向量叠加，单位化后形成位移矢量，初始球心沿位移矢量方向移动得到新的球心，新的球心距离三维扫描图像的表面的最大距离作为新的半径R
’0，以新的球心形成半径为R
’0的新的外接球，新的外接球与三维扫描图像的表面形成若干交点；
[0012]S5、重复步骤S4进行迭代，直至新的外接球的半径R
’0收敛速度至设定值，外接球的半径R
’0收敛速度至设定值时，计算砂石颗粒的球体类似度Y，
[0013]进一步地，步骤S3中，以初始球心的三维坐标距离三维扫描图像表面的最大距离作为初始半径R0。
[0014]进一步地，步骤S3中，计算初始半径R0时计算初始球心三维坐标的极值平均值为初始圆心坐标。
[0015]进一步地，步骤S1中还包括对砂石颗粒的清洗和干燥，待清洗、干燥完成后扫描砂石颗粒以获取单个砂石颗粒的三维扫描图像。
[0016]进一步地，步骤S1中采用三维激光扫描仪对砂石颗粒进行扫描。
[0017]进一步地，步骤S4中，位移矢量进一步地，步骤S4中，位移矢量其中，X0为初始球心的横坐标，T0为初始球心的纵坐标，Z0为初始球心的竖坐标，X
’
i
为初始球心形成的外接球与三维扫描图像的表面第i个交点的横坐标，Y
’
i
为初始球心形成的外接球与三维扫描图像的表面第i个交点的纵坐标，Z
’
i
为初始球心形成的外接球与三维扫描图像的表面第i个交点的竖坐标，k为初始球心形成的外接球与三维扫描图像的表面交点的数量。
[0018]进一步地，在位移矢量反方向上初始球心距离三维扫描图像的表面的距离为L，初始球心沿位移矢量方向移动距离为d，其中n的初始值为1，迭代过程中若R
’0相比与上一次的R
’0增大，则n的数值加1，且维持上一次迭代结果。
[0019]进一步地，∑d(A0A1A2A3)表示三维扫描图像各个面上三角形各取一个正向行列式的和。
[0020]相比与现有技术，本专利技术的有益效果在于，本专利技术的快速精确计算砂石球体类似度的算法，精度高，收敛速度快，可以较为精确、快速锁定获得砂石颗粒最小外接球的半径，通过该半径计算砂石颗粒的球体类似度从而可以计算得到较为准确的砂石颗粒球体类似度。
附图说明
[0021]图1是本专利技术中的砂石颗粒扫描的三维图像。
[0022]图2是本专利技术中砂石外接球半径R0随迭代次数收敛的过程示意图。
[0023]图3是本专利技术中砂石最小外接球计算结果示意图。
具体实施方式
[0024]下面结合具体实施方式对本专利技术的技术方案进行进一步描述：
[0025]一种快速精确计算砂石球体类似度的算法，改变原有的采用最大粒径长度作为直径计算球体类似度的方法，较为精确的锁定最接近砂石的最小外接球，从而获得最佳的球体类似度计算结果，该方法可用于天然砂石、机制砂和再生骨料的球体类似度计算，本专利技术的方法包括以下步骤：
[0026]S1、为了降低对计算结果的影响，扫描前对砂石颗粒进行清洗、干燥，清洗、干燥完成后通过三维激光扫描仪扫描砂石颗粒获取单个砂石颗粒的三维扫描图像，单个砂石颗粒的三维扫描图像由若干三角形单元围成。
[0027]S2、将扫描的三维图像通过MATLAB编程进行处理，调用MATLAB函数stlRead对砂石颗粒三维图像进行信息数据处理，得到(v,f,n)；根据得到的(v,f,n)计算砂石颗粒的体积
G；
[0028]∑d(A0A1A2A3)表示三维扫描图像各个面上三角形单元各取一个正向行列式的和。(三维空间多面体的体积等于它所有各个面上多边形中各取一个正向行列式的和的六分之一，《三维空间任意多面体体积的一种坐标计算算法》，韦进，湖州师专学报(自然科学)，1997年6月，第19卷第5期。)
[0029]S3、以砂石颗粒的三维扫描图像内的任意一点作为初始球心，以初始球心的三维坐标距离三维扫描图像表面的最大距离作为初始半径R0，初始球心的坐标表示为(X0，Y0，Z0)，以初始球心形成初始半径为R0的外接球，外接球与三维扫描图像的表面形成k个交点，交点的坐标表示为(X
’
i
，T
’
i
，Z
’
i)，i＝1、2、
…
k。
[0030]作为优选方案，计算初始半径R0时以初始球心三维坐标的极值平均值为初始圆心坐标计算初始半径R0。如三维扫描图像的表面的横坐标的极大值为X
max
，横坐标的极小值为X
min
，纵坐标的极大值为Y
max
，纵坐标的极小值为Y
min
，竖坐标的极大值为Z
max
，竖坐标的极小值为Z
min
，其中
[0031]S4、初始球心指向外接球与三维扫描图像的表面的交点的向量叠加，单位化后形成位移矢量，初始球心沿位移矢量方向移动得到新的球心，
[0032]计算位移矢量
[0033][0034]其中，X0为初始球心的横坐标，Y0为初始球心的纵坐标，Z0为初始球心的竖坐标，X
’
i
为初始球心形成的外接球与三维扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速精确计算砂石球体类似度的算法，其特征在于，包括以下步骤：S1、扫描砂石颗粒获取单个砂石颗粒的三维扫描图像,单个砂石颗粒的三维扫描图像由若干三角形单元围成；S2、根据三角形单元的三维坐标计算砂石颗粒的体积G；S3、以砂石颗粒的三维扫描图像内的任意一点作为初始球心，以初始球心距离三维扫描图像表面的最大距离作为初始半径R0，以初始球心形成初始半径为R0的外接球，外接球与三维扫描图像的表面形成若干交点；S4、初始球心指向外接球与三维扫描图像的表面的交点的向量叠加，单位化后形成位移矢量，初始球心沿位移矢量方向移动得到新的球心，新的球心距离三维扫描图像的表面的最大距离作为新的半径R
’0，以新的球心形成半径为R
’0的新的外接球，新的外接球与三维扫描图像的表面形成若干交点；S5、重复步骤S4进行迭代，直至新的外接球的半径R
’0收敛速度至设定值，外接球的半径R
’0收敛速度至设定值时，计算砂石颗粒的球体类似度Y，2.根据权利要求1所述的一种快速精确计算砂石球体类似度的算法，其特征在于，所述步骤S3中，以初始球心的三维坐标距离三维扫描图像表面的最大距离作为初始半径R0。3.根据权利要求2所述的一种快速精确计算砂石球体类似度的算法，其特征在于，所述步骤S3中，计算初始半径R0时计算初始球心三维坐标的极值平均值为初始圆心坐标。4.根据权利要求1所述的一种快速精确计算砂石球体类似度的算法，其特征在于，所述步骤S1中还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：张济涛，陈逸群，卞成辉，朱敏涛，宋卉研，李直，钱强，
申请(专利权)人：上海建工南桥混凝土有限公司，
类型：发明
国别省市：