[发明专利]拓扑信息引导的三维点阵结构件内部几何数据获取方法

权利要求书

1.一种拓扑信息引导的三维点阵结构件内部几何数据获取方法，所述三维点阵结构件采用3D打印机制成，包括多个由结点和杆件构成的三维点阵单元，所述三维点阵单元具有中心对称的拓扑结构；其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、通过CT扫描三维点阵结构件得到多帧第一图像，扫描时CT的扫描断面与3D打印机的打印基准面平行；选取每一帧第一图像中预设大小和位置的区域作为第二图像，所述第二图像包含多个完整的三维点阵单元；

步骤二、提取第二图像中的闭合轮廓特征线，所述闭合轮廓特征线包括杆件轮廓特征线和结点轮廓特征线，根据所述三维点阵单元的拓扑结构以及每一帧第二图像中闭合轮廓特征线的数量、分布规律找出结点轮廓特征线和杆件轮廓特征线，然后找到每一帧第二图像中所述杆件轮廓特征线的中心点；

步骤三、按照三维点阵单元的拓扑结构以及每一帧第二图像中闭合轮廓特征线的分布规律，对每一帧第二图像中的三维点阵单元进行分离；然后将分离后的每个三维点阵单元中杆件轮廓特征线的中心点与所述杆件对应起来；

步骤四、通过拟合一个三维点阵单元中同一杆件对应的所有杆件轮廓特征线的中心点得到一直线段，作为该杆件的骨架线；

步骤五、将一个三维点阵单元内任意两根骨架线对应的空间向量进行点乘，得到这两根骨架线对应杆件之间的夹角。

2.根据权利要求1所述的拓扑信息引导的三维点阵结构件内部几何数据获取方法，其特征在于：还包括步骤六、依次将每个三维点阵单元内的所有杆件的骨架线进行求交运算，得到每个三维点阵单元内的所有骨架线的交叉点；计算每个三维点阵单元内所有交叉点的重心作为该三维点阵单元的中心点，从而得到相邻三维点阵单元的中心点之间的距离作为三维点阵结构件的周期性间距。

3.根据权利要求1所述的拓扑信息引导的三维点阵结构件内部几何数据获取方法，其特征在于：步骤五中，计算所有三维点阵单元内位置相对应的两根骨架线之间的夹角，取其平均值作为两根骨架线对应杆件之间的夹角。

4.根据权利要求2所述的拓扑信息引导的三维点阵结构件内部几何数据获取方法，其特征在于：计算所有相邻两个三维点阵单元的中心点之间的距离，然后取平均值作为三维点阵结构件的周期性间距。

5.根据权利要求1或2所述的拓扑信息引导的三维点阵结构件内部几何数据获取方法，其特征在于：步骤二中，寻找第二图像中的闭合轮廓特征线时，首先将该帧第二图像进行二值化，其次采用Snake算法寻找各闭合轮廓的边缘点，最后根据各闭合轮廓的边缘点拟合得到对应的闭合轮廓特征线。

6.根据权利要求1或2所述的拓扑信息引导的三维点阵结构件内部几何数据获取方法，其特征在于：步骤一中，首先，将所述三维点阵结构件的水平投影面平均分成多个矩形的子区域，根据以下采样函数计算每个子区域的采样权重：

式中，(P_x,P_y)为三维点阵单元的中心坐标，(X₀′,Y₀′)和(X₁′,Y₁′)分别是当前子区域的左下角坐标和右上角坐标，(X₀,Y₀)和(X₁,Y₁)是三维点阵结构件的水平投影面的左下角坐标和右上角坐标,(C_x,C_y)为三维点阵结构件水平投影面的中心坐标；

其次，将第一图像上的三维点阵单元数量与每个子区域的采样权重相乘得到每个子区域的采样数量，依次在每个子区域内选取相应采样数量的三维点阵单元作为待分析区域；

最后，将第一图像上的待分析区域作为第二图像。