[发明专利]基于视图的体素几何参数提取方法

权利要求书

1.基于视图的体素几何参数提取方法，其特征是：包括如下步骤：

步骤101：打开一个三视图数据文件；三视图数据文件是在X轴水平朝右、Y轴竖直朝上、原点在左下角这样的二维直角坐标系下描述的一个组合体图形文件，其中，组合体的主视图、俯视图和左视图之间严格符合“长对正、高平齐、宽相等”的投影规律且视图按1:1的比例绘制，视图中的图线包括直线段、圆和圆弧，图线的线型包括粗实线、细虚线和细点画线，直线段用其两个端点和线型描述，圆用其圆心、半径和线型描述，圆弧用其圆心、半径、起始角度、终止角度和线型描述；

步骤102：从打开的文件中读取图线信息，将读取到的直线段数据存入链表Line_list，圆数据存入链表Circle_list，圆弧数据存入链表Arc_list中；

步骤103：遍历链表Line_list，Circle_list，Arc_list，找出三视图分割线，从三视图图形中分割出主视图、俯视图和左视图；

步骤104: 将分割出的主视图构成信息按直线段、圆和圆弧类型分别存入链表FrontViewData.Line_list、FrontViewData.Circle_list、FrontViewData.Arc_list中，将分割出的俯视图构成信息按直线段、圆和圆弧类型分别存入链表TopViewData.Line_list、TopViewData.Circle_list、TopViewData.Arc_list中，将分割出的左视图构成信息按直线段、圆和圆弧类型分别存入链表SideViewData.Line_list、SideViewData.Circle_list、SideViewData.Arc_list中；

步骤105：建立投影坐标系，求出组合体的三个投影坐标；

步骤106：利用VC++6.0和OpenGL搭建一个图形平台，该图形平台具有左上、左下、右上、右下四个视区，其中左上视区用于绘制主视图，建立的二维直角坐标系的原点在视区的右下角，X轴正向水平朝左，Z轴正向竖直朝上；左下视区用于绘制俯视图，建立的二维直角坐标系的原点在视区的右上角，X轴正向水平朝左，Y轴正向竖直朝下；右上视区用于绘制左视图，建立的二维直角坐标系的原点在视区的左下角，Y轴正向水平朝右，Z轴正向竖直朝上；右下视区用于显示重建的三维模型，坐标系为常见的三维右手直角坐标系；该图形平台能绘制线型为粗实线、细虚线、细点画线的直线段、圆和圆弧，具有用于体素信息提取的主视图、俯视图、左视图切换按钮和非拉伸体素投影描绘按钮、提取拉伸体素按钮、体素提取结果按钮，具有用于体素信息提取的延伸线绘制、特征点捕捉和投影关联功能，具有每个视区内的图形屏幕缩放功能；非拉伸体素是指长方体、楔形体、圆柱体、圆锥体和圆球体，楔形体是由一个长方体沿表面对角线切分得到的全等的两个立体之一；拉伸体素是由一个平行于某个坐标平面的基图形沿坐标轴正方向等厚度拉伸形成的一个立体；基图形是最靠近原点的用于拉伸形成一个体的平面上的封闭图线，是由纯直线段、纯圆弧段或直线段、圆弧混合构成的首尾相连的图线；延伸线是指以视图上已有或描绘的直线段端点、中点、圆或圆弧的圆心、直线段交点为起点，以鼠标移动方向为方向的水平或竖直射线，延伸线以点线型绘出；特征点捕捉就是抓取视图上直线段的端点、中点，抓取圆、圆弧的圆心，抓取两直线段或直线段、延伸线的交点，抓取就是当移动的鼠标光标位置与这些特征点的距离小于0.001时，这些特征点就以小尺寸的特殊符号显示出来，端点符号为“□”，中点符号为“△”，圆心符号为“●”，交点符号为 “×”，当这些特征点的显示符号出现后，按下或松开鼠标器拾取键后就把这些特征点作为要输入的点；投影关联是指在一个视图上描绘出体素一个投影后，在其他两个视图上将满足“长对正、高平齐、宽相等”约束关系的图线上的端点、圆心以绿色小圆圈醒目显示；

步骤107：在搭建的图形平台左上视区绘出链表FrontViewData.Line_list、FrontViewData.Circle_list、FrontViewData.Arc_list中的图线，得到主视图；在图形平台左下视区绘出链表TopViewData.Line_list、TopViewData.Circle_list、TopViewData.Arc_list中的图线，得到俯视图；在图形平台右上视区绘出链表SideViewData.Line_list、SideViewData.Circle_list、SideViewData.Arc_list中的图线，得到左视图；

步骤108：判断是否按下提取拉伸体素的按钮，若是则转至步骤116，若不是则转至步骤109；

步骤109：点击视图切换按钮，分别在主视图、俯视图、左视图上描绘直线段、圆、圆弧图线，若描绘的直线段不是视图本身的线段，则将其按所在的视图分别存入链表FrontViewData.Line_list、TopViewData.Line_list、SideViewData.Line_list中，描绘的图线以红色绘出；描绘图线是指利用特征点捕捉、延伸线和投影关联工具沿视图上的轮廓线进行绘制或利用图线端点、中点、圆心、交点为特征点进行绘制；描绘直线段的方法是：移动鼠标光标到某一特征点并按下鼠标左键，然后按住鼠标左键不放并移动鼠标光标到另一特征点时松开鼠标左键，则在此两个特征点之间描绘一条直线段；描绘圆、圆弧的方法是：移动鼠标光标到某一圆或圆弧的圆心并按下鼠标左键，然后按住鼠标左键不放并沿半径方向移动鼠标光标到弧上时松开鼠标左键，若原视图图线为圆则描绘出圆，若原视图图线为圆弧则描绘出圆弧；

步骤110：分别在三个视图中提取体素投影图元信息，并将其保存在各自的图元信息链表中；图元信息是指构成体素投影的单元信息，包括直线段、圆、圆弧；

步骤111：对主视图体素投影特征进行识别，并对识别结果进行标记；

步骤112：对俯视图体素投影特征进行识别，方法为执行步骤111，将步骤111中的链表FrontViewData.IXD.Circle_list替换为TopViewData.IXD.Circle_list、链表FrontViewData.IXD.Line_list替换为TopViewData.IXD.Line_list，投影特征为圆时标记为T_C，投影特征为三角形时标记为T_T，投影特征为矩形时标记为T_R；

步骤113：对左视图体素投影特征进行识别，方法为执行步骤111，将步骤111中的链表FrontViewData.IXD.Circle_list替换为SideViewData.IXD.Circle_list、链表FrontViewData.IXD.Line_list

替换为SideViewData.IXD.Line_list，投影特征为圆时标记为S_C，投影特征为三角形时标记为S_T，投影特征为矩形时标记为S_R；

步骤114：识别体素类型并提取体素参数，并将识别出的体素三个投影以蓝色绘出；

步骤115：输出体素类型和参数，体素类型为长方体、楔形体、圆柱体、圆锥体和圆球体之一，长方体的参数为定位点和长、宽、高尺寸，楔形体的参数为定位点、三个轴向尺寸和厚度方向的三个方向角，圆柱体的参数为定位点、底面半径、高度和轴线方向的三个方向角，圆锥体的参数为定位点、底面半径、高度和轴线方向的三个方向角，圆球体的参数为球心和半径；将链表FrontViewData.IXD.Line_list、FrontViewData.IXD.Circle_list、TopViewData.IXD.Line_list、TopViewData.IXD.Circle_list、SideViewData.IXD.Line_list、SideViewData.IXD.Circle_list清零；

步骤116：按照步骤109的方法，在反映拉伸体素基图形实形的视图上描绘基图形实形，在反映拉伸体素厚度的视图上描绘拉伸线，描绘的图线以红色绘出；拉伸线是反映拉伸厚度的一条直线段；

步骤117：参照步骤110，提取基图形实形信息和拉伸线信息并进行保存，若在主视图上描绘了基图形实形，则基图形实形信息保存在基图形实形链表FrontBaseGraph.IXD_list中，若在俯视图上描绘了基图形实形，则基图形实形信息保存在基图形实形链表TopBaseGraph.IXD_list中，若在左视图上描绘了基图形实形，则基图形实形信息保存在基图形实形链表SideBaseGraph.IXD_list中；若在主视图上描绘了拉伸线，则拉伸线的两个端点保存在链表FrontExt.IXD_list中，若在俯视图上描绘了拉伸线，则拉伸线的两个端点保存在链表TopExt.IXD_list中，若在左视图上描绘了拉伸线，则拉伸线的两个端点保存在链表SideExt.IXD_list；基图形实形链表FrontBaseGraph.IXD_list、TopBaseGraph.IXD_list和SideBaseGraph.IXD_list中的每个元素包括线类型和几何参数，直线段的线类型为LIN，几何参数为直线段的起点和终点；圆弧的线类型为ARC，几何参数为圆心、半径、起始角度、终止角度；参照步骤111中三角形封闭性检查的方法，若链表FrontBaseGraph.IXD_list或TopBaseGraph.IXD_list或SideBaseGraph.IXD_list中的元素遍历完后，所存储的图线是首尾相连的，则该链表中的基图形实形合法，否则提示不合法，需要进行重新描绘直至合法为止；

步骤118：输出基图形实形数据和拉伸厚度，将体素提取过程中使用的临时链表清零；

步骤119：重复步骤108～步骤118，直到三视图中可提取的体素提取完为止；

所述的步骤105中建立投影坐标系，求出组合体的三个投影坐标，包括以下步骤：

步骤301：遍历主视图链表FrontViewData.Line_list、FrontViewData.Circle_list、FrontViewData.Arc_list中的图线，求出视图的最大x坐标值Fxmax、最小y坐标值Fymin；遍历俯视图链表TopViewData.Line_list、TopViewData.Circle_list、TopViewData.Arc_list中的图线，求出视图的最大y坐标值Tymax；遍历左视图链表SideViewData.Line_list、SideViewData.Circle_list、SideViewData.Arc_list中的图线，求出视图的最小x坐标值Sxmin；

步骤302： 令D=1/2Min(Sxmin-Fxmax，Fymin-Tymax)，x0=Sxmin-D，y0=Tymax+D，在三视图平面上建立展开后的投影坐标系O´-X´-Y´-Z´，其中投影坐标系的原点为O´(x0，y0)，X´轴正向水平朝左，Z´轴正向竖直朝上，Y´轴正向分别与X´轴正向、Z´轴正向相反；

步骤303：遍历主视图链FrontViewData.Line_list、FrontViewData.Circle_list、FrontViewData.Arc_list中的图线，设点(x,y)为图线的端点或圆心，令x´=x0-x，z´=y-y0，用点(x´,z´)替换这三个链表中的点(x,y)；

步骤304：遍历俯视图链表TopViewData.Line_list、TopViewData.Circle_list、TopViewData.Arc_list中的图线，设点(x,y)为图线的端点或圆心，令x´=x0-x，y´=y0-y，用点(x´,y´)替换这三个链表中的点(x,y)；

步骤305：遍历左视图链表SideViewData.Line_list、SideViewData.Circle_list、SideViewData.Arc_list中的图线，设点(x,y)为图线的端点或圆心，令y´=x-x0，z´=y-y0，用点(y´,z´)替换这三个链表中的点(x,y)；

所述的步骤111中对主视图体素投影特征进行识别，并对识别结果进行标记，包括以下步骤：

步骤501：判断链表FrontViewData.IXD.Circle_list中的元素个数是否为1，若为1则转至步骤502，否则转至步骤503；

步骤502：主视图体素投影特征为圆，标记其投影特征为F_C，结束；

步骤503：判断链表FrontViewData.IXD.Line_list中的元素个数是否为3，若为3则转至步骤504，否则转至步骤511；

步骤504：取链表FrontViewData.IXD.Line_list中第一条直线段为查找边，保存此线段起始点并设该起始点为查找点，令查找次数为0；

步骤505：判断查找次数是否为3，若为3则转至步骤509，否则转至步骤506；

步骤506：判断在链表FrontViewData.IXD.Line_list中是否存在某个端点与查找点重合的直线段，若存在则转至步骤507，否则转至步骤519；

步骤507：判断新边与旧边是否共线，若共线则转至步骤519，否则转至步骤508；新边是指找到的端点与当前查找点重合的边，旧边是指当前查找点所在的边；设新边矢量为，旧边矢量为，若（·）/（）的值为1或-1，则新边与旧边共线；

步骤508：将新边作为下一轮的查找边，令新边重合点之外的端点为下一轮的查找点，令查找次数加1；

步骤509：判断当前查找点与保存的起始点是否重合，若重合则转至步骤510，否则转至步骤519；

步骤510：主视图体素投影特征为三角形，标记其投影特征为F_T，结束；

步骤511：判断链表FrontViewData.IXD.Line_list 中的元素个数是否为4，若为4则转至步骤512，否则转至步骤519；

步骤512：取链表FrontViewData.IXD.Line_list中第一条直线段为查找边，保存此线段起始点并设该起始点为查找点，令查找次数为0；

步骤513：判断查找次数是否为4，若为4则转至步骤517，否则转至步骤514；

步骤514：判断在链表FrontViewData.IXD.Line_list中是否存在某个端点与查找点重合的直线段，若存在则转至步骤515，否则转至步骤519；

步骤515：判断新边与旧边是否垂直，若垂直则转至步骤516，否则转至步骤519；设新边矢量为，旧边矢量为，若·=0，则新边与旧边垂直；

步骤516：将新边作为下一轮的查找边，令新边重合点之外的端点为下一轮的查找点，令查找次数加1；

步骤517：判断当前查找点与保存的起始点是否重合，若重合则转至步骤518，否则转至步骤519；

步骤518：主视图体素投影特征为矩形，标记其投影特征为F_R，结束；

步骤519：主视图体素投影特征识别失败；

所述的步骤114中识别体素类型并提取体素参数，并将识别出的体素三个投影以蓝色绘出，包括以下步骤：

步骤601：判断体素三个投影是否同时满足主视图特征为F_R、俯视图特征为T_R、左视图特征为S_R，若同时满足则转步骤602，否则转至步骤604；

步骤602：体素类型为正放的长方体；正放是指体素的棱边或主要棱边分别与坐标系的坐标轴平行，或者体素的轴线与某一坐标轴平行；

步骤603：求出长方体的定位点和长、宽、高尺寸，转至步骤634；长方体的定位点取最靠近原点的顶点，长、宽、高尺寸分别为长方体沿坐标轴方向的棱边长度；遍历链表FrontViewData.IXD.Line_list，求出4条线段的xmin、xmax、zmin、zmax，遍历链表TopViewData.IXD.Line_list，求出4条线段的ymin、ymax，则长方体的定位点为（xmin，ymin，zmin），长方体的长、宽、高尺寸分别为xmax-xmin、ymax-ymin、zmax-zmin，长、宽、高为正值时表示沿坐标轴正向生成长方体；

步骤604：判断体素三个投影是否同时满足主视图特征为F_R、俯视图特征为T_T、左视图特征为S_R，若同时满足则转步骤605，否则转至步骤607；

步骤605：体素类型为正放的厚度方向沿Z轴的楔形体；楔形体的厚度方向是指垂直于靠近坐标平面的底面三角形且沿坐标轴正向的矢量方向；

步骤606：求出楔形体的定位点、轴向尺寸和厚度方向的方向角，转至步骤634；楔形体的定位点取最靠近原点的底面直角三角形的直角顶点，轴向尺寸为沿三个坐标轴方向的棱边长度，方向角是指厚度方向与X轴、Y轴、Z轴的夹角；遍历链表FrontViewData.IXD.Line_list，求出4条线段的xmin、xmax、zmin、zmax，遍历链表TopViewData.IXD.Line_list，求出3条线段的ymin、ymax及直角顶点（xsq，ysq），则楔形体的定位点为（xsq，ysq，zmin）；当xmax>xsq同时ymax>ysq时，楔形体沿X轴、Y轴的轴向尺寸分别为xmax-xsq、ymax-ysq；当xsq>xmin同时ymax>ysq时，楔形体沿X轴、Y轴的轴向尺寸分别为xmin- xsq、ymax-ysq；当xsq>xmin同时ysq>ymin时，楔形体沿X轴、Y轴的轴向尺寸分别为xmin- xsq、ymin- ysq；当xmax>xsq同时ysq>ymin时，楔形体沿X轴、Y轴的轴向尺寸分别为xmax-xsq、ymin- ysq；楔形体沿Z轴的轴向尺寸为zmax-zmin；轴向尺寸为正值时表示沿坐标轴正向生成楔形体，轴向尺寸为负值时表示沿坐标轴负向生成楔形体；厚度方向的方向角分别为90°、90°、0°；

步骤607：判断体素三个投影是否同时满足主视图特征为F_R、俯视图特征为T_R、左视图特征为S_T，若同时满足则转步骤608，否则转至步骤610；

步骤608：体素类型为正放的厚度方向沿X轴的楔形体；

步骤609：求出楔形体的定位点、轴向尺寸和厚度方向的方向角，转至步骤634；遍历链表FrontViewData.IXD.Line_list，求出4条线段的xmin、xmax、zmin、zmax，遍历链表SideViewData.IXD.Line_list，求出3条线段的ymin、ymax及直角顶点（ysq，zsq），则楔形体的定位点为（xmin， ysq，zsq）；楔形体沿X轴的轴向尺寸为xmax-xmin；当ymax>ysq同时zmax>zsq时，楔形体沿Y轴、Z轴的轴向尺寸分别为ymax-ysq、zmax-zsq；当ysq>ymin同时zmax>zsq时，楔形体沿Y轴、Z轴的轴向尺寸分别为ymin- ysq、zmax-zsq；当ysq>ymin同时zsq>zmin时，楔形体沿Y轴、Z轴的轴向尺寸分别为ymin- ysq、zmin-zsq；当ymax>ysq同时zsq>zmin时，楔形体沿Y轴、Z轴的轴向尺寸分别为ymax-ysq、zmin- zsq；厚度方向的方向角分别为0°、90°、90°；

步骤610：判断体素三个投影是否同时满足主视图特征为F_T、俯视图特征为T_R、左视图特征为S_R，若同时满足则转步骤611，否则转至步骤613；

步骤611：体素类型为正放的厚度方向沿Y轴的楔形体；

步骤612：求出楔形体的定位点、轴向尺寸和厚度方向的方向角，转至步骤634；遍历链表FrontViewData.IXD.Line_list，求出3条线段的zmin、zmax及直角顶点（xsq，zsq），遍历链表TopViewData.IXD.Line_list，求出4条线段的xmin、xmax、ymin、ymax，则楔形体的定位点为（xsq， ymin，zsq）；楔形体沿Y轴的轴向尺寸为ymax-ymin；当xmax>xsq同时zmax>zsq时，楔形体沿X轴、Z轴的轴向尺寸分别为xmax-xsq、zmax-zsq；当xmax>xsq同时zsq>zmin时，楔形体沿X轴、Z轴的轴向尺寸分别为xmax-xsq、zmin-zsq；当xsq>xmin同时zsq>zmin时，楔形体沿X轴、Z轴的轴向尺寸分别为xmin- xsq、zmin-zsq；当xsq>xmin同时zmax>zsq时，楔形体沿X轴、Z轴的轴向尺寸分别为xmin-xsq、zmax- zsq；厚度方向的方向角分别为90°、0°、90°；

步骤613：判断体素三个投影是否同时满足主视图特征为F_R、俯视图特征为T_C、左视图特征为S_R，若同时满足则转步骤614，否则转至步骤616；

步骤614：体素类型为正放的轴线沿Z轴的圆柱体；

步骤615：求出圆柱体的定位点、底面半径、高度和轴线方向的方向角，转至步骤634；圆柱体的定位点取最靠近原点的底面圆的圆心，轴线方向是指垂直于靠近坐标平面的底面圆且沿坐标轴正向的矢量方向，轴线方向的方向角是指轴线方向与X轴、Y轴、Z轴的夹角；遍历链表FrontViewData.IXD.Line_list，求出4条线段的zmin、zmax，遍历链表TopViewData.IXD.Circle_list，获取圆心（xc，yc）和半径值r，则圆柱体的定位点为（xc，yc，zmin），底面半径为r，高度为zmax-zmin，轴线方向的方向角为90°、90°、0°；

步骤616：判断体素三个投影是否同时满足主视图特征为F_R、俯视图特征为T_R、左视图特征为S_C，若同时满足则转步骤617，否则转至步骤619；

步骤617：体素类型为正放的轴线沿X轴的圆柱体；

步骤618：求出圆柱体的定位点、底面半径、高度和轴线方向的方向角，转至步骤634；遍历链表FrontViewData.IXD.Line_list，求出4条线段的xmin、xmax，遍历链表SideViewData.IXD.Circle_list，获取圆心（yc，zc）和半径值r，则圆柱体的定位点为（xmin，yc，zc），底面半径为r，高度为xmax-xmin，轴线方向的方向角为0°、90°、90°；

步骤619：判断体素三个投影是否同时满足主视图特征为F_C、俯视图特征为T_R、左视图特征为S_R，若同时满足则转步骤620，否则转至步骤612；

步骤620：体素类型为正放的轴线沿Y轴的圆柱体；

步骤621：求出圆柱体的定位点、底面半径、高度和轴线方向的方向角，转至步骤634；遍历链表FrontViewData.IXD.Circle_list，获取圆心（xc，zc）和半径值r，遍历链表TopViewData.IXD.Line_list，求出4条线段的ymin、ymax，则圆柱体的定位点为（xc，ymin，zc），底面半径为r，高度为ymax-ymin，轴线方向的方向角为90°、0°、90°；

步骤622：判断体素三个投影是否同时满足主视图特征为F_T、俯视图特征为T_C、左视图特征为S_T，若同时满足则转步骤623，否则转至步骤625；

步骤623：体素类型为正放的轴线沿Z轴的圆锥体；

步骤624：求出圆锥体的定位点、底面半径、高度和轴线方向的方向角，转至步骤634；圆锥体的定位点取最靠近原点的底面圆的圆心，轴线方向是指垂直于靠近坐标平面的底面圆且沿坐标轴正向的矢量方向，轴线方向的方向角是指轴线方向与X轴、Y轴、Z轴的夹角；遍历链表FrontViewData.IXD.Line_list，求出3条线段的zmin、zmax，遍历链表TopViewData.IXD.Circle_list，获取圆心（xc，yc）和半径值r，则圆锥体的定位点为（xc，yc，zmin），底面半径为r，高度为zmax-zmin，轴线方向的方向角为90°、90°、0°；

步骤625：判断体素三个投影是否同时满足主视图特征为F_T、俯视图特征为T_T、左视图特征为S_C，若同时满足则转步骤626，否则转至步骤628；

步骤626：体素类型为正放的轴线沿X轴的圆锥体；

步骤627：求出圆锥体的定位点、底面半径、高度和轴线方向的方向角，转至步骤634；遍历链表FrontViewData.IXD.Line_list，求出3条线段的xmin、xmax，遍历链表SideViewData.IXD.Circle_list，获取圆心（yc，zc）和半径值r，则圆锥体的定位点为（xmin，yc，zc），底面半径为r，高度为xmax-xmin，轴线方向的方向角为0°、90°、90°；

步骤628：判断体素三个投影是否同时满足主视图特征为F_C、俯视图特征为T_T、左视图特征为S_T，若同时满足则转步骤629，否则转至步骤631；

步骤629：体素类型为正放的轴线沿Y轴的圆锥体；

步骤630：求出圆锥体的定位点、底面半径、高度和轴线方向的方向角，转至步骤634；遍历链表FrontViewData.IXD.Circle_list，获取圆心（xc，zc）和半径值r，遍历链表TopViewData.IXD.Line_list，求出3条线段的ymin、ymax，则圆锥体的定位点为（xc，ymin，zc），底面半径为r，高度为ymax-ymin，轴线方向的方向角为90°、0°、90°；

步骤631：判断体素三个投影是否同时满足主视图特征为F_C、俯视图特征为T_C、左视图特征为S_C，若同时满足则转步骤632，否则转至步骤635；

步骤632：体素类型为圆球体；

步骤633：求出圆球体的球心和半径，转至步骤634；遍历链表FrontViewData.IXD.Circle_list，获取圆心（xc，zc）和半径值r，遍历链表TopViewData.IXD.Circle_list，获取圆心（xc，yc），则圆球体的球心为（xc，yc，zc），半径为r；

步骤634：将体素的三个投影以蓝色绘出；

步骤635：体素类型识别失败。