三维实体模型多分辨率表示方法技术

本发明专利技术公开了一种三维实体模型多分辨率表示方法，该方法包括：读取符合ＳＴＥＰ标准的三维实体模型，通过补齐、填充及成组三种操作对所给实体模型作规范化及简化处理，并对规范化后的实体模型执行体分割算法，将其转换为预定义简单体组，之后生成各简单体６－邻域及１８－邻域三维空间划分，并根据各简单体的空间划分，分别建立各简单体之间的空间体拓扑连接关系，最终生成对所给实体模型的多分辨率表示。本发明专利技术所述的三维实体模型多分辨率表示包括原始几何表示、规范化及简化后的实体模型表示、分割为简单体组的实体模型表示、基于６－邻域及１８－邻域拓扑约束四个层次，转换灵活、可靠性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种实体模型的表示方法，且特别涉及一种三维实体模型多分 辨率表示方法。
技术介绍
三维CAD设计技术已在机械、制造、建筑、电子、化工、服装乃至广告等 众多领域中得到快速发展和应用。作为体现设计意图的主要载体，三维CAD实 体模型也广为流通，有效促进了各行业效率的提高。在实际应用中，符合国际标准STEP (standard for the exchange of product model data,产品数据交换标准)的B-reps实体模型为各主流商品化三维CAD 系统所支持(如Pro/Engineer 、 SolidWorks 、 I-DEAS 等)，因而成为兼容 性好、表示能力强的主流三维实体模型格式。但B-reps表示具有如下局限性。 首先，B-样条曲线/曲面来描述三维形状的边界，即使简单的三维模型，B-reps 也可能需要使用较大的数据量来描述；同时由于曲线曲面绘制的复杂性，使得 三维实体模型的预览、査看、査询操作等相对较慢，尤其是产品数据库中模型 数量较大时，效率更低。更重要的是，B-reps表示中的顶点、曲线、曲面等几何 信息虽然可用于模型精确的表示，但缺乏三维空间特征及空间拓扑关系的直观 描述，因此仅从点、线、面基本几何图元出发，难以完成面向内容的三维实体 模型的各类应用，如利用给定的某三维实体模型在产品数据库中搜索形状、功 能匹配的类似模型，以实现产品设计的复用；也难以完成大量三维实体模型的 自动分类、产品库的索引，及包含语义信息的特征提取等。最后，复杂几何模 型也不利于网络传输、不利于多人不同地点开展产品的协同设计。 专利技术内容专利技术目的本专利技术的目的是针对现有三维实体模型仅通过底层顶点、曲线、 曲面等几何信息表示方法的不足，提供一种通过原始几何表示、规范化实体模 型表示、分割为简单体组的实体模型表示、基于6-邻域及18-邻域拓扑连通性来 实现。技术方案为了达到上述目的，解决现有表示方法的缺陷，本专利技术提供了 一种三维实体模型的多分辨率表示与转换方法，该方法包括以下步骤步骤l，输入STEP格式的三维实体模型，判断其对应的多分辨率表示文件是否未生成，如果判断结果为否则返回步骤l;步骤2，若步骤l的结果为否，则读取STEP格式三维实体模型中的底层几 何数据，并执行实体模型的补齐操作；步骤3，读取补齐后的实体模型并执行填充操作；步骤4，读取补齐、填充后的实体模型并执行成组操作，在此基础上得到模 型的规范化及简化表示；步骤5，访问规范化后的实体模型的特征边及特征面，通过边切割及面切割， 将实体模型进一步分割并映射至一组预定义简单体；步骤6，逐一访问体分割所得的各简单体；若遍历结束，则转步骤11;若 遍历没有结束，则进行步骤7; 步骤7，通过公式计算各简单体的6邻域三维空间划分；其中"为坐标轴X、 Y及Z方向， J0 ,， M)为s,包围盒沿#1的顶面面积，A尸W/V， ^,))为沿w、由》到s,投影重叠面 的面积；步骤8，根据体分割所得各简单体之间的6邻域空间边连接或面连接关系， 生成各简单体6-邻域拓扑空间约束表，在此基础上得到实体模型的6邻域空间 拓扑约束表示；步骤9，遍历体分割所得的各简单体，计算该简单体的18邻域三维空间划分；步骤IO，根据体分割所得各简单体之间的18邻域空间关系，生成各简单体 18-邻域拓扑空间约束表，在此基础上得到实体模型的18邻域空间拓扑约束表 示；返回步骤6,继续生成简单体的6邻域及18邻域空间拓扑约束表示；步骤ll，输出所输入的三维实体模型的多分辨率表示，并转步骤l;其中，步骤2所述的底层几何数据进一步包括顶点、直线边、弧形边、B 样条曲线边、平面、圆柱、B样条曲面、球面、回路。在本专利技术方法中，步骤2、 3、 4用以从三个角度对复杂三维实体模型进行规 范化，即以补齐操作将实体模型中各类圆柱形凹面及斜面连接转换为平面连接，以填充操作将实体模型中的洞、槽等特征填充后移除，以成组操作在实体 模型面、边连接图基础上，搜索并移除一组具有相同的面边连接几何约束的图 元。规范化实体模型的过程，同时也是三维实体模型的简化过程，以消除复杂 模型中的特点曲线、曲面、洞、槽、齿等特征。三维实体模型通过特征面或特 征边切割后，转换为一组预定义简单体。预定义简单体的类型包括长方体、圆 柱体、四面体、圆锥体。所述实体模型的面、边连接图，是读取补齐与填充后的实体模型，将其中 的模型面、模型边转换为连接图节点，模型面与模型面、模型面与模型边、模 型边与模型边若存在连接、相交关系，则将其转换为连接图中的边所得到的图。在本专利技术方法中，步骤5所述的特征边为规范化后的实体模型中的凹边，特征面为特征边所在的平面。特征边可通过搜索所有共享边、并判断该边凹凸 性来判断，之后选取该特征边所在的某特征面作为切割面，完成规范化后的实 体模型的分割，以得到一组简单体。在本专利技术方法中，为了进一步提取与精确表示实体模型内部各组成成分的空间三维拓扑约束关系，提供一种基于简单体空间6-邻域及18-邻域划分的拓扑 约束表示方法。6-邻域空间划分根据各简单体的长方体包围盒上、下、左、右、 前、后六个方向完成划分，18-邻域空间划分根据各简单体的长方体包围盒上、 下、左、右、前、后六个方向及十二个对角线方向完成划分。在6-邻域及18-邻域空间划分的基础上，可对每个分割出的简单体搜索其6-邻域及18-邻域空 间，若某邻域存在其它简单体，则在6-邻域或18-邻域拓扑约束表的对应位置 上记录"1"，否则记录"0"。各简单体拓扑约束表生成后，该实体模型内部组 成成分之间的空间拓扑约束关系亦同时可精确表示。步骤6、 7、 8访问各简单体并生成其6-邻域空间拓扑约束表，步骤9、 10 访问各简单体并生成其18-邻域空间拓扑约束表。每个简单体的6-邻域空间拓扑 约束表仅需6个二进位来表示，18-邻域空间拓扑约束表仅需18个二进位来表示， 合计3字节。 一般即使复杂三维实体模型，其在规范化后分割所得到的简单体 数目也较有限，因此其拓扑约束表示数据量较小、同时表示精确。步骤11所得的中，其表示包括原始几何表 示、规范化及简化后的实体模型表示、分割为简单体组的实体模型表示、基于 6-邻域及18-邻域拓扑连通性的实体模型表示四个层次。有益效桌本专利技术所述的一种，融合底层几何 信息、规范化及简化后的实体模型表示、分割后的简单体表示、基于6邻域及 18邻域拓扑连通性表示基础上的三维实体模型的多分辨率表示与转换方法，以 进一步应用于模型快速预览、三维实体模型多层次比较、面向内容的三维产品检索与索引等领域。具体地说本方法读取并将三维CAD设计中最常用的STEP 格式的实体模型转换为四个层次的多分辨率表示，既包含原始几何信息，又融 合实体模型简化表示、组成成分之间的三维空间拓扑约束关系，转换快速、准 确性高。该表示方法有助于解决三维CAD领域许多应用难题，比如如何快速定 位具有三维相似性的实体模型、如何快速预览复杂几何模型等，从而提高三维 设计效率及智能化特别是计算机辅助设计与制造水平。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明。图l表示本专利技术的流程图。图2表示一个实际的三维实体模型。图3表示对应的经补齐、填充、成组后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维实体模型多分辨率表示方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：　（１）输入ＳＴＥＰ格式的三维实体模型，判断其对应的多分辨率表示文件是否未生成，如果判断结果为否则返回步骤（１）；　（２）若步骤（１）中的结果为是，则读取ＳＴＥＰ格式三维实体模型中的底层几何数据，并执行实体模型的补齐操作；　（３）读取补齐后的实体模型并执行填充操作；　（４）读取补齐、填充后的实体模型并执行成组操作，在此基础上得到模型的规范化表示；　（５）访问规范化后的三维实体模型的特征边及特征面，通过特征边及特征面的切割操作，将实体模型进一步分割至一组预定义简单体；　（６）逐一访问分割后所得的各简单体；若遍历结束，则转步骤（１１）；若遍历没有结束，则进行步骤（７）；　（７）通过公式　Ｓ↓［６］（ｓ↓［ｉ］）＝｛ｓ↓［ｊ］｜Ａ（Ｐｒｏｊ↓［ｓｊ，ｎ］（ｓ↓［ｉ］））／Ａ（ｓ↓［ｉ，ｎ］）＝１，ｎ＝Ｘ，Ｙ，Ｚ｝　计算各简单体的６邻域三维空间划分；其中ｎ为坐标轴Ｘ、Ｙ及Ｚ方向，Ａ（ｓ↓［ｉ］，ｎ）为ｓ↓［ｉ］包围盒沿ｎ的顶面面积，Ａ（Ｐｒｏｊ↓［ｓｊ，ｎ］（ｓ↓［ｉ］））为沿ｎ、由ｓ↓［ｊ］到ｓ↓［ｉ］投影重叠面的面积；　（８）根据体分割所得各简单体之间的６邻域空间边连接或面连接关系，生成各简单体６邻域拓扑空间约束表，并得到实体模型的６邻域空间拓扑约束表示；（９）遍历体分割所得的各简单体，计算该简单体的１８邻域三维空间划分；　（１０）根据体分割所得各简单体之间的１８邻域空间关系，生成各简单体１８邻域拓扑空间约束表，并得到实体模型的１８邻域空间拓扑约束表示，返回步骤（６）；　（１１）输出所输入的三维实体模型的多分辨率表示，并转步骤（１）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：路通，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]