CN108121862A - 一种基于三维几何特征的工程图自动标注方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于三维几何特征的工程图自动标注方法，包括：对二维视图数据和三维模型数据进行解析，建立二者之间的映射关系；对三维模型进行倒角分析，获取三维模型中的倒角面；根据面积筛选准碎面，根据所述准碎面与其相邻面的法向关系，筛选碎面进行过滤，保留三维模型中的平面、圆柱面、圆锥面的信息；对保留的三维模型中的面所对应的二维视图中的线进行标注，然后执行去重操作并根据位置关系对标注信息进行重排。采用本系统进行自动标注后，视图将自动摆放、图框信息将自动填写，视图上的尺寸能够自动标注。可以极大的降低因人员疲劳而产生错误，进而降低沟通、修改成本。

Description

一种基于三维几何特征的工程图自动标注方法

技术领域

本发明涉及工程制图技术领域，具体涉及一种基于三维几何特征的工程图自动标注方法。

背景技术

目前国内多数模具设计企业已由2D设计转换为3D设计模式，但绝大多数企业在模具加工中所需的工程图纸依然必不可少。因此，设计人员在完成3D设计后依然要制作工程图，其主要工作就是标注图纸上零件的尺寸。有些模具企业该项任务甚至占到设计过程中60％工作量。目前国内工程图标注一般采用手工标注或半自动标注模式。手工标注需要选择每一个待标注尺寸并指定标注位置；半自动标注能够标注视图中的孔以及其轮廓信息，无法标注细节特征(如倒角、凹槽)。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于三维几何特征的工程图自动标注方法，直接解析三维模型数据，对二维视图中的线条进行管理，可以得到更加详细的关联信息，并结合模具设计知识准确的判断出二维视图中哪些线条需要进行标注，可以极大的降低因人员疲劳而产生错误，进而降低沟通、修改成本。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于三维几何特征的工程图自动标注方法，包括以下步骤：

步骤1，对二维视图数据和三维模型数据进行解析，并转化为标注所需的信息缓存至内存中，同时将二维视图数据和三维模型数据进行比对，建立二者之间的映射关系；

步骤2，对三维模型进行倒角分析，获取三维模型中的倒角面；

步骤3，根据面积滤除三维模型中除平面、圆柱面、圆锥面外的其他面，同时筛选准碎面，根据所述准碎面与其相邻面的法向关系，筛选碎面进行过滤，保留三维模型中的平面、圆柱面、圆锥面的信息；

步骤4，对保留的三维模型中的面所对应的二维视图中的线进行标注，然后执行去重操作并根据位置关系对标注信息进行重排。

本发明的有益效果是：若采用本系统进行自动标注后，视图将自动摆放、图框信息将自动填写，视图上的尺寸能够自动标注。模具企业60％以上的零件将不用修改一次性生成图纸，30％的零件只需要略为调整标注位置以达到美观的排列效果，只有10％可能会有遗漏，需要用户额外操作补充标注内容。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述步骤1包括：

筛选二维视图中的直线段和圆弧；

遍历三维模型下几何体的边信息，并以点集的形式表达后缓存至内存中中；

通过矩阵变换将三维模型的点集坐标投影至二维视图坐标系中；

对二维视图中的对象与三维点集坐标投影的位置关系进行比对，并将位置关系一致的对象和点集投影保存至映射表中；

其中，所述点集是对三维模型下的边按照一定数目进行等分，其等分点构成的集合即为点集；分别对点集中各点的X/Y/Z坐标求加权，即为点集中心。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用数据缓存技术，将三维模型中的所有边信息进行一次性求解后以点集结构缓存至内存中，并通过坐标排序提高查找效率。其复杂度为M*P+M^2+N*O*M*log2(M)，M*P为计算三维模型所有边特征的复杂度，M^2为将三维内存数据进行排序索引的复杂度，N*O*M*log(M)为通过内存索引的方法查找二维环境下曲线与三维环境边对应的复杂度。O为单条曲线离散数目，目前系统中设置值为10。与原有算法相比，M*P+M^2的时间不到总时间的2/N，几乎可以忽略；N*O*M*log2(M)中需要比较的是O*log2(M)与P的耗时，同样采取1000个边的模型参考，O*log2(M)占用约1e4次计算，单次计算耗时约1e-5S，相比常规分析方法效率提高接近10倍。总计算时间仅1.5S。

进一步，所述步骤2包括以下步骤：

遍历三维模型下的所有边信息；

若存在边A的邻面B的边C，边A上任意点X都能在边C或边C的二阶导的延长线上找到对应点X’，使得边A在X点的切线方向与边C在X’点的切线方向相同，且X-X’方向垂直于切线方向，则认为面B可能是倒角，将进行进一步判定：

若面B为平面，则认为其为倒斜角；

若面B上各点曲率半径相同，且在任意位置做截线后，得到圆弧的夹角一致并且夹角小于135°，则认为面B为倒圆角。

采用上述进一步方案的有益效果是：倒角判断结果的准确性是影响自动标注效果的重要因素，若无倒角判定规则，所有存在倒角的位置标注尺寸均会有不到位以及重复标注的情况，这点也是半自动标注软件无法准确标注细节特征的主要原因之一，采用上述进一步方案，可提高倒角判断的准确性。

进一步，所述步骤3包括以下步骤：

步骤301，计算三维模型的外形尺寸；

步骤302，对三维模型的各个面进行三角化处理并计算各个面的面积，若某一面的面积大于所述外形尺寸*N，则根据面信息，过滤掉除三维模型中除平面、圆柱面、圆锥面外的其他面，仅保留三维模型中的平面、圆柱面和圆锥面信息；

若某一面的面积小于外形尺寸*N，则将该面归纳为准碎面，若某一准碎面为非平面，则归纳为碎面，不作为标注参考，然后对剩余的准碎面进行进一步判定；其中N为经验系数；

步骤304，查找所述准碎面的所有相邻面，若某一相邻面为平面且法向与所述准碎面的法向一致，则将所述准碎面与该相邻面缝合为一个完整平面；若所述准碎面的法向与所有相邻面的法向均不一致或所述准碎面的相邻面均为非平面，则将所述碎平面归纳为碎面，不做标注参考；

步骤305，迭代执行步骤304，直至将所有所有准碎面判定完毕。

采用上述进一步方案的有益效果是：三维几何模型数据往往存在一些微小曲面，这些曲面投影至2D环境下会形成不连贯的线段。实际上这类曲面绝大多数都是不需要标注的。极少数需要标注的部分也需要将不连贯的线段连续化后再做标注，否则会形成多端标注，不符合实际标注要求。

由于2D标注属于线性标注，非线性曲面特征无需标注，因此所有标注的曲面均属于平面或圆柱面/圆锥面。圆柱面/圆锥面一般作为孔或者R角进行标注，其他位置不予考虑。孔的标注需要考虑孔的完整性，因此碎面不在考虑范围内。

进一步，所述步骤4包括以下步骤：

步骤401，按照视图区分，孔标注优先标注在主视图上，主视图上无法完全标注部分集中在其他单张视图上；

步骤402，将X坐标标注按照标注点的Y值与视图中心的相对关系划分为上半部分标注与下半部分标注；将Y坐标标注按照标注点的X值与视图中心的相对关系划分为左半部分与右半部分；

步骤403，将主视图上标注信息依次标定，若当前标注信息与上一标注信息存在交叉则对当前标注信息进行平移，若平移后产生新的交叉，则对当前标注信息进行再次平移操作，直至无新的交叉产生；若平移指定次数后仍然存在交叉，则将该标注移至其他视图进行标注；

步骤404，针对非主视图，若当前标注信息与上一标注信息存在交叉则对当前标注信息进行平移，若平移后产生新的交叉，则对当前标注信息进行平移再次平移操作，直至无交叉产生或平移次数达到指定次数。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于三维几何特征的工程图自动标注方法流程图。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种基于三维几何特征的工程图自动标注方法，包括以下步骤：

步骤1，对二维视图数据和三维模型数据进行解析，并转化为标注所需的信息缓存至内存中，同时将二维视图数据和三维模型数据进行比对，建立二者之间的映射关系；

本发明采用数据缓存技术，将三维模型中的所有边信息进行一次性求解后以点集结构缓存至内存中，并通过坐标排序提高查找效率。其复杂度为M*P+M^2+N*O*M*log2(M)，M*P为计算三维模型所有边特征的复杂度，M^2为将三维内存数据进行排序索引的复杂度，N*O*M*log(M)为通过内存索引的方法查找二维环境下曲线与三维环境边对应的复杂度。O为单条曲线离散数目，目前系统中设置值为10。与原有算法相比，M*P+M^2的时间不到总时间的2/N，几乎可以忽略；N*O*M*log2(M)中需要比较的是O*log2(M)与P的耗时，同样采取1000个边的模型参考，O*log2(M)占用约1e4次计算，单次计算耗时约1e-5S，相比常规分析方法效率提高接近10倍。总计算时间仅1.5S。

具体的，所述步骤1包括：

筛选二维视图中的直线段和圆弧；

遍历三维模型下几何体的边信息，并以点集的形式表达后缓存至内存中中；

通过矩阵变换将三维模型的点集坐标投影至二维视图坐标系中；

对二维视图中的对象与三维点集坐标投影的位置关系进行比对，并将位置关系一致的对象和点集投影保存至映射表中；

其中，所述点集是对三维模型下的边按照一定数目进行等分，其等分点构成的集合即为点集；分别对点集中各点的X/Y/Z坐标求加权，即为点集中心。

步骤2，对三维模型进行倒角分析，获取三维模型中的倒角面；

倒角的判断的准确性是影响自动标注效果的重要因素，若无倒角判定规则，所有存在倒角的位置标注尺寸均会有不到位以及重复标注的情况，这点也是半自动标注软件无法准确标注细节特征的主要原因之一。

模具设计中的倒角一般分为倒圆角(R角)倒直角(C角)，针对R角与C角又可以分为内R角与外R角，内C角与外C角。针对上述4种类型的几何特征分析可知，倒角前在倒角位置处是一条边A。对边A沿直线扫掠后得到的是倒C角，对边A沿圆弧扫掠后得到的是倒R角。

根据扫掠的特性可知，倒角两侧的边一定是局部相同的。局部相同而非完全相同是因为两条边的端点位置不一致。但若沿其端点按照3阶导数进行延长，其延长线应在对应边上能找到相同点。

因此可以通过判定边的局部相似性来判断是否是扫掠的结果，再根据R角的投影是圆弧，C角投影是直线这一特性判断是否属于R角或C角。

具体的，所述步骤2包括以下步骤：

遍历三维模型下的所有边信息；

若存在边A的邻面B的边C，边A上任意点X都能在边C或边C的二阶导的延长线上找到对应点X’，使得边A在X点的切线方向与边C在X’点的切线方向相同，且X-X’方向垂直于切线方向，则认为面B可能是倒角，将进行进一步判定：

若面B为平面，则认为其为倒斜角；

若面B上各点曲率半径相同，且在任意位置做截线后，得到圆弧的夹角一致并且夹角小于135°，则认为面B为倒圆角。

步骤3，根据面积大小滤除三维模型中除平面、圆柱面、圆锥面外的其他面，同时筛选出准碎面，根据所述准碎面与其相邻面的法向关系，筛选出碎面进行过滤，保留三维模型中的平面、圆柱面、圆锥面的信息；

三维几何模型数据往往存在一些微小曲面，这些曲面投影至2D环境下会形成不连贯的线段。实际上这类曲面绝大多数都是不需要标注的。极少数需要标注的部分也需要将不连贯的线段连续化后再做标注，否则会形成多段标注，不符合实际标注要求。

由于2D标注属于线性标注，非线性曲面特征无需标注，因此所有标注的曲面均属于平面或圆柱面/圆锥面。圆柱面/圆锥面一般作为孔或者R角进行标注，其他位置不予考虑。孔的标注需要考虑孔的完整性，因此碎面不在考虑范围内。

具体的，所述步骤3包括以下步骤：

步骤301，计算三维模型的外形尺寸；

步骤302，对三维模型的各个面进行三角化处理并计算各个面的面积，若某一面的面积大于所述外形尺寸*N，则根据面信息，过滤掉除三维模型中除平面、圆柱面、圆锥面外的其他面，仅保留三维模型中的平面、圆柱面和圆锥面信息；

若某一面的面积小于外形尺寸*N，则将该面归纳为准碎面，若某一准碎面为非平面，则归纳为碎面，不作为标注参考，然后对剩余的准碎面进行进一步判定；其中N为经验系数；

步骤304，查找所述准碎面的所有相邻面，若某一相邻面为平面且法向与所述准碎面的法向一致，则将所述准碎面与该相邻面缝合为一个完整平面；若所述准碎面的法向与所有相邻面的法向均不一致或所述准碎面的相邻面均为非平面，则将所述碎平面归纳为碎面，不做标注参考；

步骤305，迭代执行步骤304，直至将所有准碎面判定完毕。

步骤4，对保留的三维模型中的面所对应的二维视图中的线进行标注，然后执行去重操作并根据位置关系对标注信息进行重排。

具体的，所述步骤4包括以下步骤：

步骤401，按照视图区分，孔标注优先标注在主视图上，主视图上无法完全标注部分集中在其他单张视图上；

步骤402，将X坐标标注按照标注点的Y值与视图中心的相对关系划分为上半部分标注与下半部分标注；将Y坐标标注按照标注点的X值与视图中心的相对关系划分为左半部分与右半部分；

步骤403，将主视图上标注信息依次标定，若当前标注信息与上一标注信息存在交叉则对当前标注信息进行平移，若平移后产生新的交叉，则对当前标注信息进行再次平移操作，直至无新的交叉产生；若平移3次后仍然存在交叉，则将该标注移至其他视图进行标注；

步骤404，针对非主视图，若当前标注信息与上一标注信息存在交叉则对当前标注信息进行平移，若平移后产生新的交叉，则对当前标注信息进行平移再次平移操作，直至无交叉产生或平移次数达到3次。

目前国内多数模具设计企业已由2D设计转换为3D设计模式，但绝大多数企业在模具加工中所需的工程图纸依然必不可少。因此，设计人员在完成3D设计后依然要制作工程图，其主要工作就是标注图纸上零件的尺寸。有些模具企业该项任务甚至占到设计过程中60％工作量。制作工程图纸的工序划分：导入图框、填写图纸信息20％，投影视图5％，标注尺寸75％。

若采用本系统进行自动标注后，视图将自动摆放、图框信息将自动填写，视图上的尺寸能够自动标注。模具企业60％以上的零件将不用修改一次性生成图纸，30％的零件只需要略为调整标注位置以达到美观的排列效果，只有10％可能会有遗漏，需要用户额外操作补充标注内容。

可节省工程图设计时间：

导入图框、填写图纸信息20％

投影视图5％

视图标注60％

增加检测时间15％

综上可节省70％的设计图纸时间。

以30名设计人员，30％图纸设计任务量的企业来核算。节省人力：30*0.3*0.7≈6.2(人)。约合300,000RMB/年。

应用本发明的模具设计企业，可以极大的降低因人员疲劳而产生错误，进而降低沟通、修改成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于三维几何特征的工程图自动标注方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，对二维视图数据和三维模型数据进行解析，并转化为标注所需的信息缓存至内存中，同时将二维视图数据和三维模型数据进行比对，建立二者之间的映射关系；

步骤2，对三维模型进行倒角分析，获取三维模型中的倒角面；

步骤3，根据面积滤除三维模型中除平面、圆柱面、圆锥面外的其他面，同时筛选准碎面，根据所述准碎面与其相邻面的法向关系，筛选碎面进行过滤；

步骤4，对保留的三维模型中的面所对应的二维视图中的线进行标注，然后执行去重操作并根据位置关系对标注信息进行重排。

2.根据权利要求1所述一种基于三维几何特征的工程图自动标注方法，其特征在于，所述步骤1包括：

筛选二维视图中的直线段和圆弧；

遍历三维模型下几何体的边信息，并以点集的形式表达后缓存至内存中中；

通过矩阵变换将三维模型的点集坐标投影至二维视图坐标系中；

对二维视图中的对象与三维点集坐标投影的位置关系进行比对，并将位置关系一致的对象和点集投影保存至映射表中；

其中，所述点集是对三维模型下的边按照一定数目进行等分，其等分点构成的集合即为点集；分别对点集中各点的X/Y/Z坐标求加权，即为点集中心。

3.根据权利要求1所述一种基于三维几何特征的工程图自动标注方法，其特征在于，所述步骤2包括：

遍历三维模型下的所有边信息；

若存在边A的邻面B的边C，边A上任意点X都能在边C或边C的二阶导的延长线上找到对应点X’，使得边A在X点的切线方向与边C在X’点的切线方向相同，且X-X’方向垂直于切线方向，则认为面B可能是倒角，将进行进一步判定：

若面B为平面，则认为其为倒斜角；

若面B上各点曲率半径相同，且在任意位置做截线后，得到圆弧的夹角一致并且夹角小于135°，则认为面B为倒圆角。

4.根据权利要求1所述一种基于三维几何特征的工程图自动标注方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤301，计算三维模型的外形尺寸；

步骤302，对三维模型的各个面进行三角化处理并计算各个面的面积，若某一面的面积大于所述外形尺寸*N，则根据面信息，过滤掉除三维模型中除平面、圆柱面、圆锥面外的其他面，仅保留三维模型中的平面、圆柱面和圆锥面信息；

若某一面的面积小于外形尺寸*N，则将该面归纳为准碎面，若某一准碎面为非平面，则归纳为碎面，不作为标注参考，然后对剩余的准碎面进行进一步判定；其中N为经验系数；

步骤304，查找所述准碎面的所有相邻面，若某一相邻面为平面且法向与所述准碎面的法向一致，则将所述准碎面与该相邻面缝合为一个完整平面；若所述准碎面的法向与所有相邻面的法向均不一致或所述准碎面的相邻面均为非平面，则将所述碎平面归纳为碎面，不做标注参考；

步骤305，迭代执行步骤304，直至将所有所有准碎面判定完毕。

5.根据权利要求1所述一种基于三维几何特征的工程图自动标注方法，其特征在于，所述步骤4包括：

步骤401，按照视图区分，孔标注优先标注在主视图上，主视图上无法完全标注部分集中在其他单张视图上；

步骤402，将X坐标标注按照标注点的Y值与视图中心的相对关系划分为上半部分标注与下半部分标注；将Y坐标标注按照标注点的X值与视图中心的相对关系划分为左半部分与右半部分；

步骤403，将主视图上标注信息依次标定，若当前标注信息与上一标注信息存在交叉则对当前标注信息进行平移，若平移后产生新的交叉，则对当前标注信息进行再次平移操作，直至无新的交叉产生；若平移指定次数后仍然存在交叉，则将该标注移至其他视图进行标注；

步骤404，针对非主视图，若当前标注信息与上一标注信息存在交叉则对当前标注信息进行平移，若平移后产生新的交叉，则对当前标注信息进行平移再次平移操作，直至无交叉产生或平移次数达到指定次数。

6.根据权利要求5所述一种基于三维几何特征的工程图自动标注方法，其特征在于，所述指定次数为3次。