CN107918950A - 一种利用二维三视图自动重建三维模型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用二维三视图自动重建三维模型的方法，包括导入二维三视图，获取各视图的二维坐标；根据各视图的二维坐标寻找三维坐标原点；根据创建的三维坐标寻找各视图的二维坐标所对应的三维点；构建三维边形成线框图；根据线框图上三维点的度来删除假元；从任一三维点出发，任意选取连接该三维点的两条三维边得到一个三维面，获取该三维面上的所有三维边，根据左邻边序列算法获取最小面环，且合并内环，同时继续执行完所有的三维点；使用耳切法将各面环均切割成复数个三角形，并通过unity绘制出三角面形成三维模型。本发明优点：可实现对自动化生产所需的工件、设备等进行三维模型自动重构，可极大的提升建模效率。

Description

一种利用二维三视图自动重建三维模型的方法

技术领域

本发明涉及一种三维模型的构建方法，特别涉及一种利用二维三视图自动重建三维模型的方法。

背景技术

在工业生产过程中，对要生产的产品通常都需要构建三维模型图，以方便对进行产品的研发。现有技术在进行三维模型构建时，都是由人工对着工程图纸一步一步绘制出来的，而通过人工手动绘制存在有如下缺陷：人工手动绘制的工作量大，且效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种利用二维三视图自动重建三维模型的方法，通过该方法来实现对自动化生产所需的工件、设备等进行三维模型自动重构。

本发明是这样实现的：一种利用二维三视图自动重建三维模型的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1、从制图软件中导入工程图的二维三视图，并分别获取导入的各个视图的二维坐标；

步骤2、根据各个视图的二维坐标寻找三维坐标原点，进行坐标规格化；

步骤3、根据创建的三维坐标寻找各个视图的二维坐标所对应的三维点，构建三维点云；

步骤4、连接任意两个三维点构建三维边，对构建的三维边进行三视图投影，并根据投影结果删除存在的假元；同理，继续构建完所有的三维边形成一线框图；

步骤5、获取得到的线框图，并根据线框图上三维点的度来继续删除假元；

步骤6、从删除完假元的线框图的任意一个三维点出发，任意选取连接该三维点的两条三维边得到一个三维面，获取该三维面上的所有三维边，并根据左邻边序列算法获取最小面环，且合并内环；同理，继续执行完所有的三维点，且每个三维面都仅执行一次；

步骤7、使用耳切法将各个面环均切割成复数个三角形，并通过unity绘制出三角面形成三维模型。

进一步地，所述步骤5中，所述“根据线框图上三维点的度来继续删除假元”具体为：

(1)删除度为0的三维点；

(2)删除度为1的三维点以及连接该三维点的三维边；

(3)若三维点的度为2，且连接该三维点的两条三维边共线，则删除该度为2的三维点，并合并两条三维边；

(4)若三维点的度为2，且连接该三维点的两条三维边不共线，则删除该度为2的三维点以及两条不共线的三维边；

(5)若三维点的度为3，且其中有两条三维边共线，则删除该度为3的三维点以及不共线的那条三维边，同时合并共线的两条三维边；

(6)若三维点的度为3，且三条连接的三维边共面，则删除该度为3的三维点以及三条三维边；

(7)若三维点的度大于3，且连接该三维点的所有三维边均共面，同时有两条三维边共线，则合并两条共线的三维边，并删除其余的三维边以及该三维点；

(8)若三维点的度大于3，且连接该三维点的所有三维边均共面，同时没有共线的三维边，则删除该三维点以及所有三维边。

进一步地，在所述步骤2中，所述“根据各个视图的二维坐标寻找三维坐标原点”具体为：

以正视图的右上角作为新坐标原点建立X-Y坐标系，以俯视图的右下角作为新坐标原点建立X-Z坐标系，以右视图的左上角作为新坐标原点建立Y-Z坐标系。

本发明具有如下优点：通过本发明方法，可实现利用工业机器人的离线编程来对自动化生产所需的工件、设备等进行三维模型自动重构，不仅可以极大的减少建模人员的工作量，而且可以极大的提升建模效率，降低生产成本。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种利用二维三视图自动重建三维模型的方法的执行流程图。

图2为本发明具体实施例中导入的二维三视图。

图3为本发明具体实施例中根据导入的二维三视图所构建出的线框图。

图4为本发明具体实施例中根据导入的二维三视图所绘制出的三维模型图。

具体实施方式

请参照图1所示，本发明一种利用二维三视图自动重建三维模型的方法的较佳实施例，所述方法包括如下步骤：

步骤1、从制图软件中导入工程图的二维三视图，并分别获取导入的各个视图的二维坐标；例如，可以从CAD中导入绘制好的二维三视图(包括正视图、俯视图和右视图)，在具体实施时，需将俯视图和正视图上下对齐放置，将正视图和右视图左右对齐放置(如图2所示)；在导入CAD的二维三视图后，软件就会自动获取各个视图所在的二维坐标。

步骤2、根据各个视图的二维坐标寻找三维坐标原点，进行坐标规格化；

请参照图2所示，在所述步骤2中，所述“根据各个视图的二维坐标寻找三维坐标原点”具体为：

以正视图的右上角作为新坐标原点建立X-Y坐标系，以俯视图的右下角作为新坐标原点建立X-Z坐标系，以右视图的左上角作为新坐标原点建立Y-Z坐标系。

步骤3、根据创建的三维坐标寻找各个视图的二维坐标所对应的三维点，构建三维点云；在具体实施时，由于在步骤1中已经获取到了各个视图所在的二维坐标，因此，在三维坐标原点确定下来以后，就可以利用各个视图的二维点坐标来寻找出三维点的位置。例如，在将正视图的右上角确定为新坐标原点后，就可以先利用正视图的二维坐标计算出正视图中其它各点与右上角之间的距离，然后就可以根据计算出的距离寻找到对应的三维点位置了。

步骤4、连接任意两个三维点构建三维边，对构建的三维边进行三视图投影，并根据投影结果删除存在的假元；同理，继续构建完所有的三维边形成一线框图，如图3所示，这是根据图2导入的二维三视图所构建出的线框图。由于任意一条空间中线段在三视图中的投影必为三条线段或者两条线段和一个点，因此，在将构建出的三维边进行三视图投影后，如果可以在导入的二维三视图中找到对应的线段，那么就说明该三维边是真实存在的，此时就保留该三维边；如果在导入的二维三视图中无法找到对应的线段，那么就说明该三维边是假元，此时就需要将该三维边清除掉。

步骤5、获取得到的线框图，并根据线框图上三维点的度来继续删除假元；由于对于一些比较复杂的线框图，通过三视图投影后是无法完全删除掉掉假元的，因此，还需要根据线框图中的三维点的度来继续进行假元删除。

在所述步骤5中，所述“根据线框图上三维点的度来继续删除假元”具体为：

(1)删除度为0的三维点；

(2)删除度为1的三维点以及连接该三维点的三维边；

(3)若三维点的度为2，且连接该三维点的两条三维边共线，则删除该度为2的三维点，并合并两条三维边；

(4)若三维点的度为2，且连接该三维点的两条三维边不共线，则删除该度为2的三维点以及两条不共线的三维边；

(5)若三维点的度为3，且其中有两条三维边共线，则删除该度为3的三维点以及不共线的那条三维边，同时合并共线的两条三维边；

(6)若三维点的度为3，且三条连接的三维边共面，则删除该度为3的三维点以及三条三维边；

(7)若三维点的度大于3，且连接该三维点的所有三维边均共面，同时有两条三维边共线，则合并两条共线的三维边，并删除其余的三维边以及该三维点；

(8)若三维点的度大于3，且连接该三维点的所有三维边均共面，同时没有共线的三维边，则删除该三维点以及所有三维边。

步骤6、从删除完假元的线框图的任意一个三维点出发，任意选取连接该三维点的两条三维边得到一个三维面，获取该三维面上的所有三维边，并根据左邻边序列算法获取最小面环，且合并内环；同理，继续执行完所有的三维点，且每个三维面都仅执行一次。上述“每个三维面都仅执行一次”是指：由于每个三维面上都包含有多个三维点，而在执行每个三维点时，理论上都需要执行一次这个三维面，但是，由于三维面被执行过一次后，其最小面环就确定下来了，因此，每个三维面只需要执行一次即可，而不需要重复去执行。

步骤7、使用耳切法将各个面环均切割成复数个三角形，并通过unity绘制出三角面形成三维模型，如图4所示，这是根据图2导入的二维三视图所构建出的三维模型图。即在具体实施时，需要将各个面环都切割成由复数个三角形构成，以方便利用unity绘制出各个三角面，并最终构建出三维模型。

综上所述，本发明的优点在于：通过本发明方法，可实现利用工业机器人的离线编程来对自动化生产所需的工件、设备等进行三维模型自动重构，不仅可以极大的减少建模人员的工作量，而且可以极大的提升建模效率，降低生产成本。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (3)

1.一种利用二维三视图自动重建三维模型的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤1、从制图软件中导入工程图的二维三视图，并分别获取导入的各个视图的二维坐标；

步骤2、根据各个视图的二维坐标寻找三维坐标原点，进行坐标规格化；

步骤3、根据创建的三维坐标寻找各个视图的二维坐标所对应的三维点，构建三维点云；

步骤4、连接任意两个三维点构建三维边，对构建的三维边进行三视图投影，并根据投影结果删除存在的假元；同理，继续构建完所有的三维边形成一线框图；

步骤5、获取得到的线框图，并根据线框图上三维点的度来继续删除假元；

步骤6、从删除完假元的线框图的任意一个三维点出发，任意选取连接该三维点的两条三维边得到一个三维面，获取该三维面上的所有三维边，并根据左邻边序列算法获取最小面环，且合并内环；同理，继续执行完所有的三维点，且每个三维面都仅执行一次；

步骤7、使用耳切法将各个面环均切割成复数个三角形，并通过unity绘制出三角面形成三维模型。

2.根据权利要求1所述的一种利用二维三视图自动重建三维模型的方法，其特征在于：所述步骤5中，所述“根据线框图上三维点的度来继续删除假元”具体为：

(1)删除度为0的三维点；

(2)删除度为1的三维点以及连接该三维点的三维边；

(3)若三维点的度为2，且连接该三维点的两条三维边共线，则删除该度为2的三维点，并合并两条三维边；

(4)若三维点的度为2，且连接该三维点的两条三维边不共线，则删除该度为2的三维点以及两条不共线的三维边；

(5)若三维点的度为3，且其中有两条三维边共线，则删除该度为3的三维点以及不共线的那条三维边，同时合并共线的两条三维边；

(6)若三维点的度为3，且三条连接的三维边共面，则删除该度为3的三维点以及三条三维边；

(7)若三维点的度大于3，且连接该三维点的所有三维边均共面，同时有两条三维边共线，则合并两条共线的三维边，并删除其余的三维边以及该三维点；

(8)若三维点的度大于3，且连接该三维点的所有三维边均共面，同时没有共线的三维边，则删除该三维点以及所有三维边。

3.根据权利要求1所述的一种利用二维三视图自动重建三维模型的方法，其特征在于：在所述步骤2中，所述“根据各个视图的二维坐标寻找三维坐标原点”具体为：

以正视图的右上角作为新坐标原点建立X-Y坐标系，以俯视图的右下角作为新坐标原点建立X-Z坐标系，以右视图的左上角作为新坐标原点建立Y-Z坐标系。