[发明专利]产品STL模型快速求交方法

说明书

技术领域

本发明提供一种产品STL模型快速求交方法，属于产品逆向工程技术领域。

背景技术

产品STL(Stereo Lithography)模型因其对复杂外形产品具有造型快速灵活、拓扑适应性强等特点，广泛应用于产品数字化模型重建、曲面细分造型、快速成型制造及数控加工仿真等领域。为精确表示模型外形，产品STL模型通常由海量数据组成，有效提高STL模型求交效率对于逆向工程系统中的曲面裁剪、拼接及数控刀轨生成等问题的研究具有重要意义。

对现有技术文献检索发现，郭开波等在其学术论文“STL模型布尔运算的实现”(华中科技大学学报，2006，34(7)：96-99)中基于邻接表建立三角网格曲面模型索引结构，采用三角面片包围盒相交检测算法求解三角网格曲面模型交线数据，并根据交线数据邻接表实现交线段邻接排序，由于邻接表的建立及维护过程过于繁琐，且需反复线性遍历邻接表以查询相交面片，严重影响了曲面求交效率。花卫华等在其学术论文“一种改进的不规则三角网格曲面切割算法”(地球科学-中国地质大学学报，2006，31(5)：619-623)中采用OBB(Oriented Bounding Box)树建立三角网格曲面模型索引结构，通过包围盒求交获取相交区域，求解模型间交点，通过对交点排序提取交线，可有效提高数据量较小网格曲面求交效率，但该算法所采用的索引结构为非平衡二叉树，容易出现层数过多现象，严重影响网格曲面相交区域查询效率，难以实现海量数据网格曲面模型快速求交。周海在其博士学位论文“细分曲面造型技术研究”中以八叉树作为三角网格曲面索引结构，通过包围盒相交查询相交区域，由于包围盒仅包含三角面片重心，不能包含整个三角面片，通过包围盒求交检索相交区域容易产生漏交。孙殿柱在其专利“产品STL模型布尔运算方法”(Publication No.CN 101510225，Application No.CN200910019897.1)中基于R^*-树动态空间索引结构定位网格模型的相交区域，通过交线数据索引结构各层结点的空间邻近关系实现交线数据邻近排序，该算法需要对交线数据建立索引结构，影响了网格曲面模型求交效率。

发明内容

本发明针对现有技术存在的求交过程繁琐，效率低，难以实现逆向工程中海量网格数据的快速求交等技术问题，提供一种适用于任意STL网格数据，数据适用性强，运行效率高的产品STL模型快速求交方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该产品STL模型快速求交方法，其特征在于步骤依次为：1)假设参与求交的两个STL模型为S₁和S₂，分别基于R^*-树对S₁和S₂构建网格数据动态索引结构；2)采用深度优先遍历算法，判断S₁动态索引结构与S₂动态索引结构索引结点包围盒的相交关系，获取相交叶结点包围盒，将其包含的三角面片添加到相交三角面片包围盒集合U_T；3)基于索引结点空间邻近关系对U_T中索引结点包围盒进行拓扑近邻排序，获取有序的索引结点包围盒序列；4)将空间三角面片位置关系划分为相交(一个三角面片的顶点在另一三角面片所在平面的两侧)、共面(两三角面片共面)及相离(一个三角面片三个顶点在另一个三角面片所在平面的同侧)三种情况，获取U_T中各包围盒内三角面片交线段具体步骤为：若两三角面片相交，计算两三角形所在平面的交线L，通过L与两三角面片求交获取L与两三角面片之间的交线段，确定两交线段端点对应于直线L上的参数值t₀₀、t₀₁、t₀₀和t₁₁，若t₀₁≤t₁₀或t₁₁≤t₀₀无交线；对于相交情况可根据参数值分布情况求出交线段，令交线段的起点和终点对应直线L上的参数值分别为t₀和t₁，则t₀和t₁可由下式求得，