特征元素拟合方法及其计算机系统技术方案

本发明专利技术提供一种特征元素拟合方法，包括：根据所接收的点云数据建立三角网格曲面；从该三角网格曲面中选取需拟合特征元素的点云；从该所选取的点云中获取屏幕的最上层点；提取所述最上层点中的边界点；采用迭代法将所述最上层点中的边界点拟合成特征元素；获取所拟合的特征元素的参数；及根据所述特征元素的参数及所拟合的特征元素绘制特征元素。本发明专利技术还提供一种拟合特征元素的计算机系统。利用本发明专利技术可快速将杂乱点云拟合成特征元素。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种特征元素拟合方法及其计算机系统。
技术介绍
在三维产品的开发及制造过程中，误差分析已经成为产品质量验证的重要环节。传统的 做法是使用点云获取装置获取工件的点云(即由多个三维离散点组成的点的集合)，而后将 点云数据输入计算机，执行相应软件对点云数据进行处理，将离散的点拟合并创建成线、面 、圆、圆柱或球等特征元素。然后，将实际工件和特征元素所在的理论设计图档进行对齐， 以确定实际工件与理论设计图档中的影像之间是否存在误差。目前，市场上出现了许多种拟合特征元素的方法，例如，利用最小二乘法拟合特征元素 ，但这些方法无法快速提取三维坐标系中点云的最上层点及有效的边界点。
技术实现思路
鉴于以上内容，有必要提供一种特征元素拟合方法，能够快速提取三维坐标系中点云的 最上层点及有效的边界点，从而完成特征元素的拟合。此外，还有必要提供一种拟合特征元素的计算机系统，采用迭代法快速将杂乱点云拟合 成特征元素。一种特征元素拟合方法，该方法包括根据所接收的点云数据建立三角网格曲面；从该 三角网格曲面中选取需拟合特征元素的点云；从该所选取的点云中获取屏幕的最上层点；提 取所述最上层点中的边界点；采用迭代法将所述最上层点中的边界点拟合成特征元素；获取 所拟合的特征元素的参数；及根据所述特征元素的参数及所拟合的特征元素绘制特征元素。一种拟合特征元素的计算机系统，该计算机系统包括三角网格化模块，用于将点云建 立成三角网格曲面；提取模块，用于从该三角网格曲面中选取需拟合特征元素的点云，从该 选取的点云中获取最上层点，并提取所述最上层点中的边界点；拟合模块，用于采用迭代法 将所述最上层点中的边界点拟合成特征元素，并获取所拟合的特征元素的参数；及创建模块 ，用于根据所述特征元素的参数及所拟合的特征元素绘制特征元素。相较于现有技术，所述特征元素拟合方法及其计算机系统，能够快速提取三维坐标系中 点云的最上层点及有效的边界点，利用迭代法完成特征元素的拟合。附图说明图l是本专利技术拟合特征元素的计算机系统较佳实施例的功能模块图。图2是本专利技术屏幕法线向量和最上层点的示意图图3是本专利技术特征元素拟合方法较佳实施例的作业流程图。图4是图3中步骤S 3的细化流程图。图5是图4中步骤S34的细化流程图。图6是图3中步骤S5的细化流程图。图7是图6步骤S57中拟牛顿迭代法的具体作业流程图。具体实施例方式参阅图1所示，是本专利技术拟合特征元素的计算机系统l较佳实施例的功能模块图。该计算 机系统1按软件程序段的功能可被划分为接收模块10、三角网格化模块12、提取模块14、拟 合模块16和创建模块18。所述接收模块10用于接收影像量测机台量测工件所产生的点云数据，该点云数据包括了 点云的个数、点的标识及每个点的属性。所述三角网格化模块12用于根据所接收的点云数据建立三角网格曲面。所述提取模块14用于从所述三角网格曲面中提取所有的边界点，并从需拟合特征元素的 点云中提取边界点。具体而言，当用户利用多义线从三角网格曲面中选取需拟合特征元素的 点云后，提取模块14需从所选取的点云中找出屏幕上所显示的最上层点，然后从所述最上层 点中提取边界点用于拟合特征元素。如图2所示，是本专利技术屏幕法线向量(将在后续提到) 和最上层点的示意图，该图仅为示意所用，点云的实际排布情况不限于此。在图2中，标号 2示意显示器的屏幕，标号3示意所述最上层点，标号4示意屏幕法线向量，由该图2可以看出 ，所述最上层点位于屏幕法线向量的最上一层。拟合模块16用于根据迭代法将所述最上层点中的边界点拟合成特征元素，并获取所拟合 的特征元素的参数。创建模块18用于根据所述特征元素的参数及所拟合的特征元素绘制特征元素。 参阅图3，是本专利技术特征元素拟合方法较佳实施例的作业流程图。步骤S1，接收模块10接收影像量测机台量测工件所产生的点云数据，三角网格化模块 12根据所接收的点云数据建立三角网格曲面。其中，所述点云数据包括点云的个数、点的标 识及每个点的属性。步骤S3，提取模块14从该三角网格曲面中选取需拟合特征元素的点云，并从该选取的点 云中提取最上层点的边界点。步骤S5，拟合模块16采用迭代法将所述最上层点的边界点拟合成特征元素。本较佳实施 例中，该迭代法为拟牛顿迭代法。其中，所述特征元素包括线、面、圆、圆柱或球。步骤S7，创建模块18获取所拟合的特征元素的参数，并根据所述特征元素的参数及所拟 合的特征元素绘制特征元素。其中，当该特征元素为线时，所述参数包括线的起始点、结束 点及线的法向；当该特征元素为面时，所述参数包括面的中心点和面的法向；该特征元素为 圆时，所述参数包括圆心、圆的半径和圆的法向；该特征元素为圆柱时，所述参数包括圆柱 的中心点、半径、高度及圆柱的法向；该特征元素为球时，所述参数包括球心和球的半径。参阅图4，是图3中步骤S3的细化流程图。步骤S30，提取模块14提取所述三角网格曲面中的所有边界点。本实施例以判断一个点 是否是边界点为例说明如下提取模块14从所述三角网格曲面中获取当前判断点周围的三角 形及每个三角形的顶点，依次判断所述顶点被当前判断点周围的三角形所占用的次数是否均 大于l，若判断结果为否，则确定该当前判断点为边界点。步骤S32，提取模块14利用多义线从所述三角网格曲面中选取需拟合特征元素的点云。 该选取的点云为三维空间内的点云，即包括多个层次的点云。步骤S34，从该所选取的点云中获取屏幕上所显示的最上层点，即从屏幕显示的角度来 看，该层点位于所选取的点云的最上层。该获取方法将在图4中进行具体描述。步骤S36，将所述最上层点的属性与步骤S30中的边界点的属性分别进行比较，以找出所 述最上层点中的边界点。具体而言，若所述最上层点中的某一点a的属性与步骤S30中某 一边界点的属性相同，则确定该点a为所述边界点。参阅图5，是图4中步骤S34的细化流程图。步骤S340，根据点云数据中点的三维坐标计算得到所述点云的包围盒，对该包围盒进行 分组，并将点云数据中每个点的标识填入到相应的分组中。所述分组后每个单元小正方体的 边长可由组成三角网格曲面的三角形的最大边长及点云总数计算得出。其中，所述最大边长 为用户自定义的边长，其约等于点云中相邻点之间距离的平均值。步骤S341，获取当前点所在的分组，并向周围各扩大至少一个分组，例如，向外扩3*3 个分组，以得到这些分组内所有点周围的三角形。步骤S343，根据屏幕的视角法向量为当前点创建射线。所述屏幕的视角法向量是指用户 平视电脑屏幕时视角所形成的法向量，该视角法向量垂直于用户的水平视线。步骤S345，统计上述射线与所述三角形的交点个数。步骤S347，判断所述交点个数是否等于l。若所述交点个数不等于l，则表明当前点的射线与多个三角形相交了，因此，直接结束 流程；若所述交点个数等于l，则步骤S349，表明该当前点为最上层点，将该当前点加入最 上层点的数组中。在实施例中的提取模块14循环每个分组中的点，并重复步骤S341至步骤S349直至找到所 有的最上层点加入到所述数组中。参阅图6，是图3中步骤S5的细化流程图。步骤S50，用户根据图2步骤S3中所提取的边界点所组成的大致形状，输入拟合类型，该 拟合类型包括拟合面、拟合线、拟合圆、拟合圆柱和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特征元素拟合方法，其特征在于，该方法包括：　　从影像量测机台接收点云数据；　　根据所接收的点云数据建立三角网格曲面；　　从该三角网格曲面中选取需拟合特征元素的点云；　　从该所选取的点云中获取屏幕的最上层点；　　提取所述最上层点中的边界点；　　采用迭代法将所述最上层点中的边界点拟合成特征元素；　　获取所拟合的特征元素的参数；及　　根据所述特征元素的参数及所拟合的特征元素绘制特征元素。

【技术特征摘要】
1.一种特征元素拟合方法，其特征在于，该方法包括从影像量测机台接收点云数据；根据所接收的点云数据建立三角网格曲面；从该三角网格曲面中选取需拟合特征元素的点云；从该所选取的点云中获取屏幕的最上层点；提取所述最上层点中的边界点；采用迭代法将所述最上层点中的边界点拟合成特征元素；获取所拟合的特征元素的参数；及根据所述特征元素的参数及所拟合的特征元素绘制特征元素。2 如权利要求l所述的特征元素拟合方法，其特征在于，所述步骤从 该所选取的点云中获取屏幕的最上层点包括如下步骤(a) 根据所述点云数据计算得到点云的包围盒，对该包围盒进行分组，并将点云数据 中每个点的标识填入到相应的分组中；(b) 获取当前点所在的分组，并向周围各扩大至少一个分组，以得到分组内所有点周 围的三角形；(c) 根据屏幕视角法向量为当前点创建射线；(d) 统计该射线与所述三角形的交点个数；(e) 当所述交点个数等于l时，将当前点加入最上层点的数组中；及(f) 循环每个分组中的点，并重复步骤(b)至步骤(e)直至找到所有的最上层点。3 如权利要求l所述的特征元素拟合方法，其特征在于，在所述根据 点云数据建立三角网格曲面步骤之后，提取最上层点中的边界点步骤之前还包括如下步骤 提取所述三角网格曲面中的所有边界点。4 如权利要求3所述的特征元素拟合方法，其特征在于，所述步骤提 取所述最上层点中的边界点包括如下步骤将所述最上层点的属性与所述三角网格曲面中的所有边界点的属性分别进行比较，以 找出所述最上层点中的边界点。5.如权利要求l所述的特征元素拟合方法，其特征在于，所述步骤采 用迭代法将所述最上层点中的边界点拟合成特征元素包括以下步骤(i)输入拟合类型，该拟合类型包括拟合面、拟合线、拟合圆、拟合圆柱和拟合球； (i i)判断所输入的拟合类型是否为拟合线或拟合圆；(iii) 若是，则将所述边界点拟合成一个面，然后将所述边界点投影到该面上；(iv) 根据所输入的拟合类型利用最小二乘法得到一个初始迭代参数；(v) 将该初始迭代参数代入所输入拟合类型的迭代方程式中，并利用拟牛顿迭代法计 算出预拟合图形中点的坐标；及(vi )根据所述预拟合图形中每个点的坐标及所输入的拟合类型拟合特征元素。6.如权利要求5所述的特征元素拟合方法，其特征在于，所述步骤( v)包括如下步骤(vl)将初始迭代参数代入所输入拟合类型的迭代方程式f...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旨光，吴新元，王敏，
申请(专利权)人：鸿富锦精密工业深圳有限公司，鸿海精密工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]