[发明专利]产品STL模型非均匀精简方法

说明书

技术领域

本发明提供一种产品STL模型非均匀精简方法，属于产品逆向工程技术领域。

背景技术

在产品逆向工程中，通常采用激光扫描仪等设备获取产品实体模型表面的散乱点云数据，并对该数据进行三角剖分生成STL模型，逼近原实体模型。随着扫描设备的发展，表示产品的产品STL模型越来越复杂，包含三角面片的数量十分庞大，这样的STL模型在绘制、显示、编辑时相当困难，对产品STL模型进行精简，可有效降低其冗余度，提高数据预处理效率。

现有的产品STL模型精简方法有两种：一种方法是空间聚类精简法，采用空间栅格或者八叉树划分产品STL模型，通过合并栅格内或者八叉树叶结点内的三角面片数据实现产品STL模型的均匀精简。周昆等在学术期刊《自动化学报》1999，25(1)，P1-8上发表的论文“一种新的基于顶点聚类的网格简化算法”中，采用八叉树划分产品STL模型，通过合并八叉树叶结点内的三角面片数据实现均匀精简。该方法对于型面特征变化不大的产品STL模型，均匀精简结果较为准确，但存在着STL模型构建过程复杂，相邻面片查询效率低等不足；另外，该方法处理型面特征复杂的产品STL模型时易丢失STL模型的型面特征。另一种方法是拓扑聚类精简法，采用邻接表组织产品STL模型的拓扑结构，根据三角面片的拓扑信息将产品STL模型分成若干拓扑邻域，通过拓扑邻域内三角面片的聚类精简实现产品STL模型的非均匀精简。该方法对产品STL模型的非均匀精简结果优于空间聚类精简法，但由于该方法采用静态数据结构组织产品STL模型的拓扑结构，产品STL模型的精简效率受三角面片数量的限制；另外，邻接表在组织产品STL模型的拓扑结构时过程繁琐，降低了算法的整体执行效率。

综上所述，采用现有的产品STL模型精简方法对三角面片数据量大的STL模型进行精简时构建曲面模型拓扑结构时间长、算法运行效率低，对型面特征复杂的产品STL模型进行精简时容易丢失型面特征。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能克服上述缺陷、算法运行效率高、并有效保留产品STL模型的局部细节型面特征的产品STL模型非均匀精简方法。其技术方案为：

一种产品STL模型非均匀精简方法，其特征在于采用以下步骤：1)将R*-树改进为R*S-树，基于R^*S-树构建产品STL模型的动态空间索引结构；2)以任一三角面片为采样面片，采用产品STL模型动态空间索引结构范围查询算法查询与采样面片邻近的三角面片，将获取的邻近三角面片作为采样面片的拓扑邻域三角面片，根据采样面片偏离拓扑邻域三角面片几何中心的程度μ，将拓扑邻域分为边界邻域和内部邻域，对边界邻域和内部邻域进行处理获取采样面片分簇邻域，步骤具体为：①获取采样面片拓扑邻域三角面片，将其存入临时链表knn中，计算采样面片拓扑邻域三角面片的几何中心m，并以m为圆心计算采样面片拓扑邻域三角面片的邻域半径r；②计算采样面片到拓扑邻域几何中心m的距离d，根据公式计算采样面片偏离邻域几何中心的程度μ；③获取采样面片偏离度阈值，若μ小于偏离度阈值，将集合knn作为一个分簇邻域，在R^*S-树中删除knn内的三角面片；④清空knn，若算法结束，执行步骤⑤，否则，查询一下采样面片的拓扑邻域三角面片，执行步骤①；⑤查询产品STL模型中游离的三角面片，将其添加到距离最近的分簇邻域中；3)计算采样面片的法向矢量及其分簇邻域三角面片的法向矢量，以采样面片与其分簇邻域三角面片法向矢量的夹角来表征产品STL模型的局部型面的曲率变化情况，查找产品STL模型中所有三角面片的分簇邻域，以采样面片为中心，自适应扩张查询邻域三角面片，并计算其与采样面片的法向矢量夹角，将采样面片与其分簇邻域三角面片法向矢量夹角大于夹角阈值的分簇邻域分为若干三角面簇，以分簇后三角面簇中位于几何中心的三角面片为采样面片，求出其与三角面簇内其它三角面片的法向矢量夹角，迭代分簇；4)对产品STL模型动态空间索引结构中的三角面簇进行处理，实现产品STL模型的非均匀精简，步骤具体为：首先获取每个三角面簇中三角面片的个数，依次计算各三角面簇中三角面片的三个顶点的坐标和，将三个顶点的坐标和除以三角面簇中三角面片的个数，获取三角面簇的顶点坐标均值，以三角面簇的顶点坐标均值为顶点按照逆时针的顺序构建三角面片；然后计算每个根据顶点坐标均值构建的三角面片的面积和周长，并以单位面积的等边三角形为参考对象，获取该三角面片相对于等边三角形的形状因子，查询该三角面片的形状因子与指定的三角面片形状阈值的大小关系，若该三角面片的形状因子大于指定的三角面片形状阈值，则将该三角面片最长边的中点与不共边的顶点相连，得到两个新的三角面片，分别计算这两个三角面片的形状因子，查询其与指定三角面片形状阈值的大小关系，继续加点以调整形状因子大于指定的三角面片形状阈值的三角面片；最后将所有三角面簇处理生成的三角面片添加到新创建的产品STL模型动态空间索引结构中，实现产品STL模型的非均匀精简。