[发明专利]一种不同软件协同建模的几何比对方法

摘要

本发明公开了一种不同软件协同建模的几何比对方法，包括以下步骤：读取两个三维模型的几何拓扑信息；每个模型的几何拓扑信息中包括三维模型中所有几何面信息，通过等步长的面上采点法获取每个几何面的点云数据，从而分别构成两个模型的点云数据；通过主元分析法将两个模型的姿态对齐，对齐处理包括平移、旋转，不包括缩放；在模型点云姿态对齐后，通过点到点的最近点迭代法对两个三维模型点云进行精确配准；精确配准后，记录两个三维模型点云中不匹配的点，并将不匹配的点作为差异显示出来。本发明采用两个模型自动比对，避免了人工比对存在遗漏的问题，模型比对识别度稿，将不匹配的点作为差异显示出来，模型比对精确性更高。

主权项

1.一种不同软件协同建模的几何比对方法，其特征是，包括以下步骤：读取两个三维模型的几何拓扑信息；每个模型的几何拓扑信息中包括三维模型中所有几何面信息，通过等步长的面上采点法获取每个几何面的点云数据，从而分别构成两个模型的点云；通过主元分析法将两个模型点云的姿态对齐，对齐处理包括对点云的平移、旋转，不包括缩放；在模型点云姿态对齐后，通过点到点的最近点迭代法对两个三维模型点云进行精确配准；精确配准后，记录两个三维模型点云中不匹配的点，并将不匹配的点作为差异显示出来；获取三维模型的几何拓扑信息的方法有两种，一是直接通过三维模型所属CAD软件的二次开发接口获取；二是在三维模型所属CAD软件未提供二次开发接口的情况下，将三维模型文件转换成step格式，再按step标准获取模型几何信息；三维模型对齐的处理是采用主元分析寻找模型的三个主轴，原心是点云重心，通过平移和旋转将两个三维模型点云的原心和三个主轴调整到一致，达到初始配准；对于每个三维模型，获取到点云数据后，利用点云数据构造协方差矩阵，然后使用Jacobi方法计算协方差矩阵的特征值和特征向量，求得的三个特征向量构成模型点云的参考坐标系，通过计算点云中所有点坐标的算术平均数获取点云重心坐标，将点云重心作为参考坐标系原心；完成初始配准后，继续对两个三维模型点云进行精确配准，设两个三维模型点云数据如下：S₁＝{p_i|p_i∈R³，i＝1，2，...，M}，S₂＝{q_j||q_j∈R³，j＝1，2，...，N}，其中，S₁为一个三维模型的点云，p_i为点云S₁的任意一个点云数据，M为点云S₁的点云数据的个数，S₂为另一个三维模型的点云，q_i为点云S₂的任意一个点云数据，N为点云S₂的点云数据的个数，R为实数集；运用点到点的最近点迭代法进行精确配准的主要步骤如下：步骤1：若p_k∈S₁，计算点云数据中的对应点q_t∈S₂，使||q_t‑p_k||→min，以点集方式配准时，算法复杂度为O(MN)；p_k为点云S₁的一个点云数据；步骤2：采用最优化解析方法计算旋转变换R₁和平移变换T₁，使得∑||R₁q_t+T₁‑p_k||→min；步骤3：利用R₁和T₁对S₁进行变换，得到经过坐标转换后的点云Trans(S₁)；步骤4：当最小二乘误差不小于事先给定的阈值τ，τ＞0时返回到步骤1，直到最小二乘误差小于τ或迭代次数大于预设的最大值时，迭代终止。