專利名稱：：一種基于主方向特征識(shí)別的三維視圖重構(gòu)系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于主方向特征識(shí)別的三維視圖重構(gòu)系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
：自Idesawa于上世紀(jì)70年代初首次發(fā)表由工程三視圖重建三維形體的論文以來，這一課題的研究受到普遍關(guān)注，提出了許多重建方法。目前常見的重建方法可以根據(jù)三維形體的表示模型分為CSG(ConstructiveSolidGeometry)重建方法和B-r印(Boundary^presentation)重建方法。B-R印算法是指將三維形體的表面分割成為有限個(gè)表面基元子集，通過這些子集以及它們之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系來表達(dá)三維形體。B-r印算法的思想簡(jiǎn)單地說就是由二維點(diǎn)生成三維點(diǎn)，由三維點(diǎn)生成三維邊，由三維邊生成三維面環(huán)，最后生成三維形體。該算法邏輯嚴(yán)密，形體覆蓋域較大；缺點(diǎn)是計(jì)算量大，且容易產(chǎn)生虛假的解。CSG算法的基礎(chǔ)是任何復(fù)雜的形體都可以分解成一些預(yù)定義體素(如柱體、錐體、球體等)的組合。其思想是由視圖中的基本圖元識(shí)別出基本體素，再將這些體素通過并、交、差等實(shí)體運(yùn)算生成最終形體。該算法優(yōu)點(diǎn)是更符合人工讀圖的特點(diǎn)，算法簡(jiǎn)單，沒有虛假解；缺點(diǎn)是形體覆蓋域有限。在實(shí)際的應(yīng)用中，隨著視圖中環(huán)路的增加，計(jì)算的復(fù)雜度將成倍地增加。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)以上技術(shù)缺陷提出了基于主方向特征識(shí)別的三維視圖重構(gòu)系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種基于主方向特征識(shí)別的三維視圖重構(gòu)系統(tǒng)，由以下模塊順序連接構(gòu)成數(shù)據(jù)規(guī)范化模塊，將所有數(shù)據(jù)向量化，最小化，獲得最小向量；構(gòu)造環(huán)模塊，包含構(gòu)造最小向量環(huán)模塊，構(gòu)造最小向量環(huán)；和合并最小向量模塊，合并環(huán)中最小向量得到基礎(chǔ)向量環(huán)；識(shí)別主方向特征模塊，在主視圖中尋找由環(huán)構(gòu)成的草繪輪廓，在從視圖中尋找草繪平面和拉伸尺寸；重建形體模塊，重建三維實(shí)體。所述基于主方向特征識(shí)別的三維視圖重構(gòu)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟1)用數(shù)據(jù)規(guī)范化模塊將所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成向量，再根據(jù)視圖中向量之間的交點(diǎn)將向量最小化，得到視圖中所有的頂點(diǎn)和最小向量信息；2)用構(gòu)造最小向量環(huán)模塊將最小向量和頂點(diǎn)之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)換成一個(gè)無向圖，通過深度遍歷圖和回溯得出圖中所包含的最小向量環(huán)；3)用合并最小向量模塊合并最小向量環(huán)中的最小向量得到基礎(chǔ)向量環(huán)；4)用識(shí)別主方向特征模塊提取出主方向特征；5)用重建形體模塊通過基礎(chǔ)向量環(huán)之間的關(guān)系得到主方向特征之間的布爾關(guān)系，從而重建三維實(shí)體。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟2)的具體實(shí)現(xiàn)方法為(1)用鄰接表來存儲(chǔ)向量及向量間聯(lián)系；(2)任選一個(gè)節(jié)點(diǎn)出發(fā)，深度遍歷圖，依次將遍歷路徑上的節(jié)點(diǎn)壓棧l;(3)在遍歷過程中，如果鄰接表上有多個(gè)可選節(jié)點(diǎn)，則任選其一作為后繼節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)和當(dāng)前節(jié)點(diǎn)組合后壓棧2;(4)遍歷時(shí)如果后繼節(jié)點(diǎn)和棧1中的節(jié)點(diǎn)相同構(gòu)成回路則表明找到一個(gè)環(huán)，記錄該環(huán)并將節(jié)點(diǎn)回溯到棧2的棧頂節(jié)點(diǎn)處開始新的遍歷；(5)由視圖轉(zhuǎn)化成無向圖時(shí)，如果存在三個(gè)或以上向量交于一個(gè)頂點(diǎn)，在無向圖中即會(huì)存在一個(gè)無效環(huán)；在遍歷的過程中，如果后繼節(jié)點(diǎn)與棧1中的節(jié)點(diǎn)組成無效環(huán)則中斷遍歷，并將節(jié)點(diǎn)回溯到棧2的棧頂節(jié)點(diǎn)處開始新的遍歷；(6)如果棧2為空，則遍歷結(jié)束。作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，步驟3)的具體實(shí)現(xiàn)方法為遍歷每個(gè)環(huán)鏈表，如果存在兩個(gè)連續(xù)的最小向量，且它們的斜率相同，則合并這兩個(gè)連續(xù)的最小向量形成一個(gè)新的基礎(chǔ)向量，并用新的基礎(chǔ)向量替代原有環(huán)中的兩個(gè)連續(xù)的最小向量，最終得到由基礎(chǔ)向量構(gòu)成的環(huán)。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，步驟4)的具體實(shí)現(xiàn)方法為(1)根據(jù)主視圖中的環(huán)求出環(huán)點(diǎn)集在公共坐標(biāo)軸上的投影坐標(biāo)集；(2)根據(jù)這些投影坐標(biāo)，從視圖中分別求出對(duì)應(yīng)的映射點(diǎn)集；(3)根據(jù)這些映射點(diǎn)集，從視圖非共同坐標(biāo)軸上判斷是否存在一個(gè)共同的映射區(qū)間；(4)如果存在，則找到一個(gè)主方向特征該環(huán)即草繪輪廓，映射區(qū)間為草繪平面，映射區(qū)間的長(zhǎng)度即拉伸尺寸；(5)若不存在，則重復(fù)以上步驟直至遍歷完畢。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，步驟5)的具體實(shí)現(xiàn)方法為(1)在重建形體的過程中，根據(jù)環(huán)之間的關(guān)系，可以判斷主方向特征之間的布爾關(guān)系；(2)根據(jù)環(huán)拉伸后得到的形體逆向獲得該形體所對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)和向量；(3〉得到該形體主方向特征所對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)和向量后，在三維視圖中判斷是否存在如下環(huán)如果環(huán)的所有組成向量都在該特征所能表達(dá)的向量集中，則刪除該環(huán)；(4)得到所有已重建形體的頂點(diǎn)和向量后，再與原始三維視圖比較，如果三維視圖中的任何點(diǎn)或任何向量都在已獲得的實(shí)體所能表示的點(diǎn)集和向量集中，則說明重構(gòu)完成，否則需繼續(xù)尋找主方向特征。本發(fā)明的有益效果在于(1)可以接受多種格式如DXF文件作為數(shù)據(jù)源，使三維重建更具普遍性和實(shí)用性；(2)算法簡(jiǎn)單，在尋找主方向特征的過程中，及時(shí)剔除無效環(huán)和已重建形體覆蓋的環(huán)，重建效率高；(3)面向特征，更直觀，重建結(jié)果容易由大型三維造型軟件如Catia、ProE等實(shí)現(xiàn)；(4)對(duì)于某些旋轉(zhuǎn)特征如柱體，也可轉(zhuǎn)化為主方向特征實(shí)現(xiàn)。以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。圖l是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖2是形體的三視圖3是本發(fā)明的數(shù)據(jù)規(guī)范化示例1;圖4是本發(fā)明的數(shù)據(jù)規(guī)范化示例2;圖5是本發(fā)明的系統(tǒng)流程圖6是本發(fā)明的重建實(shí)例示意圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種基于主方向特征識(shí)別的三維視圖重構(gòu)系統(tǒng)，由以下模塊順序連接構(gòu)成-數(shù)據(jù)規(guī)范化模塊，將所有數(shù)據(jù)向量化，最小化，獲得最小向量；構(gòu)造環(huán)模塊，包含構(gòu)造最小向量環(huán)模塊，構(gòu)造最小向量環(huán)；和合并最小向量模塊，合并環(huán)中最小向量得到基礎(chǔ)向量環(huán)；識(shí)別主方向特征模塊，在主視圖中尋找由環(huán)構(gòu)成的草繪輪廓，在從視圖中尋找草繪平面和拉伸尺寸；重建形體模塊，重建三維實(shí)體。所述基于主方向特征識(shí)別的三維視圖重構(gòu)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟1)用數(shù)據(jù)規(guī)范化模塊將所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成向量，再根據(jù)視圖中向量之間的交點(diǎn)將向量最小化，得到視圖中所有的頂點(diǎn)和最小向量信息；2)用構(gòu)造最小向量環(huán)模塊將最小向量和頂點(diǎn)之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)換成一個(gè)無向圖，通過深度遍歷圖和回溯得出圖中所包含的最小向量環(huán)；3)用合并最小向量模塊合并最小向量環(huán)中的最小向量得到基礎(chǔ)向量環(huán)；4)用識(shí)別主方向特征模塊提取出主方向特征；5)用重建形體模塊通過基礎(chǔ)向量環(huán)之間的關(guān)系得到主方向特征之間的布爾關(guān)系，從而重建三維實(shí)體。上述步驟2)的具體實(shí)現(xiàn)方法為(l)用鄰接表來存儲(chǔ)向量及向量間聯(lián)系；(2)任選一個(gè)節(jié)點(diǎn)出發(fā)，深度遍歷圖，依次將遍歷路徑上的節(jié)點(diǎn)壓棧1;(3)在遍歷過程中，如果鄰接表上有多個(gè)可選節(jié)點(diǎn)，則任選其一作為后繼節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)和當(dāng)前節(jié)點(diǎn)組合后壓棧2;(4)遍歷時(shí)如果后繼節(jié)點(diǎn)和棧i中的節(jié)點(diǎn)相同構(gòu)成回路則表明找到一個(gè)環(huán)，記錄該環(huán)并將節(jié)點(diǎn)回溯到棧2的棧頂節(jié)點(diǎn)處開始新的遍歷；(5)由視圖轉(zhuǎn)化成無向圖時(shí)，如果存在三個(gè)或以上向量交于一個(gè)頂點(diǎn)，在無向圖中即會(huì)存在一個(gè)無效環(huán)；在遍歷的過程中，如果后繼節(jié)點(diǎn)與棧1中的節(jié)點(diǎn)組成無效環(huán)則中斷遍歷，并將節(jié)點(diǎn)回溯到棧2的棧頂節(jié)點(diǎn)處開始新的遍歷；(6)如果棧2為空，則遍歷結(jié)束。上述步驟3)的具體實(shí)現(xiàn)方法為遍歷每個(gè)環(huán)鏈表，如果存在兩個(gè)連續(xù)的最小向量，且它們的斜率相同，則合并這兩個(gè)連續(xù)的最小向量形成一個(gè)新的基礎(chǔ)向量，并用新的基礎(chǔ)向量替代原有環(huán)中的兩個(gè)連續(xù)的最小向量，最終得到由基礎(chǔ)向量構(gòu)成的環(huán)。上述步驟4)的具體實(shí)現(xiàn)方法為(l)根據(jù)主視圖中的環(huán)求出環(huán)點(diǎn)集在公共坐標(biāo)軸上的投影坐標(biāo)集；(2)根據(jù)這些投影坐標(biāo)，從視圖中分別求出對(duì)應(yīng)的映射點(diǎn)集；(3)根據(jù)這些映射點(diǎn)集，從視圖非共同坐標(biāo)軸上判斷是否存在一個(gè)共同的映射區(qū)間；(4)如果存在，則找到一個(gè)主方向特征該環(huán)即草繪輪廓，映射區(qū)間為草繪平面，映射區(qū)間的長(zhǎng)度即拉伸尺寸；(5)若不存在，則重復(fù)以上步驟直至遍歷完畢。上述步驟5)的具體實(shí)現(xiàn)方法為(l)在重建形體的過程中，根據(jù)環(huán)之間的關(guān)系，可以判斷主方向特征之間的布爾關(guān)系；(2)根據(jù)環(huán)拉伸后得到的形體逆向獲得該形體所對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)和向量；(3)得到該形體主方向特征所對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)和向量后，在三維視圖中判斷是否存在如下環(huán):如果環(huán)的所有組成向量都在該特征所能表達(dá)的向量集中，則刪除該環(huán)；(4)得到所有巳重建形體的頂點(diǎn)和向量后，再與原始三維視圖比較，如果三維視圖中的任何點(diǎn)或任何向量都在已獲得的實(shí)體所能表示的點(diǎn)集和向量集中，則說明重構(gòu)完成，否則需繼續(xù)尋找主方向特征。一、符號(hào)說明F,7;f:Front、Top、Right三視圖；/;f,r:視圖中的頂點(diǎn)(Vertex);k視圖中的向量(Vector)，由同一視圖中兩個(gè)不同的頂點(diǎn)連接構(gòu)成；A:視圖中的環(huán)(Lo叩)，由一個(gè)視圖中若干連續(xù)的向量構(gòu)成的一個(gè)封閉區(qū)域，環(huán)中每個(gè)向量的頂點(diǎn)都有且僅有兩個(gè)向量與之相連；個(gè)拉伸操作符；丄Oct—巧))通過環(huán)在義方向上從&到A做拉伸操作得到的特征；Fe:特征；U:兩個(gè)實(shí)體并操作；n:兩個(gè)實(shí)體交操作；—:兩個(gè)實(shí)體差操作；二、術(shù)語說明組視圖Front、T叩、Right視圖中任何兩個(gè)不相同的視圖的組合，如(,，7)，其中前者稱為該組視圖的主視圖，后者稱為該組視圖的從視共同坐標(biāo)軸組視圖中共同的軸，如圖2(a)、(b)的共同坐標(biāo)軸為z軸；主方向；r,Z中不屬于主視圖中的軸所在的方向；極點(diǎn)對(duì)于組視圖中的圓、橢圓或弧，如果存在這樣的點(diǎn)，其在共同坐標(biāo)軸上的值等于該圓(橢圓)在共同坐標(biāo)軸上投影的最大或最小值，則稱該點(diǎn)為極點(diǎn)，如果等于最大值就稱為極大點(diǎn)，否則稱為極小點(diǎn)。如圖3中的A，A，A，A均為極點(diǎn)；最小向量不能再分解的向量，如圖2(b)中的K/2，/3)，K/3，A);基礎(chǔ)向量單個(gè)或多個(gè)同斜率的最小向量構(gòu)成的向量，如圖2(b)中的K(/2，基礎(chǔ)向量環(huán)全部由基礎(chǔ)向量構(gòu)成的環(huán)；環(huán)點(diǎn)集環(huán)中所有的頂點(diǎn)構(gòu)成的集合；投影坐標(biāo)集主視圖中環(huán)上所有頂點(diǎn)投影在共同坐標(biāo)軸上得到的坐標(biāo)值集合稱為該環(huán)的投影坐標(biāo)集；映射點(diǎn)集對(duì)于投影坐標(biāo)集上一個(gè)坐標(biāo)，在從視圖中具有與之相同坐標(biāo)的點(diǎn)所構(gòu)成的點(diǎn)集；映射區(qū)間對(duì)于主視圖中的一個(gè)環(huán)，根據(jù)其投影坐標(biāo)集中的每個(gè)坐標(biāo)所得對(duì)應(yīng)的映射點(diǎn)集，若這些映射點(diǎn)集在非共同坐標(biāo)軸上均存在一個(gè)共同的坐標(biāo)區(qū)間，則稱為該環(huán)的映射區(qū)間。三、重建基礎(chǔ)三維視圖是形體在三維投影面中投影生成的圖形，人工讀圖的過程即是通過投影關(guān)系從三維視圖中抽取特征，然后與已有的理解模式相匹配，獲得最后的形體。本發(fā)明處理的主要是主方向特征，對(duì)于主方向特征，關(guān)鍵信息是要得到草繪輪廓、草繪平面、拉伸方向和拉伸距離，在得到所有的特征后再根據(jù)特征之間的關(guān)系(并、交、差)即可重建實(shí)體。四、數(shù)據(jù)規(guī)范化為了后續(xù)尋找環(huán)的過程不丟失解，本發(fā)明要求數(shù)據(jù)滿足一定的規(guī)范必須包含視圖中所有的點(diǎn)及最小向量的信息。這主要有兩個(gè)轉(zhuǎn)化(1)向量化將所有的圓、橢圓以及弧轉(zhuǎn)化成向量描述。由于圓是絕對(duì)對(duì)稱圖形，只需求出圓的四個(gè)極點(diǎn)(每坐標(biāo)軸方向兩個(gè)極點(diǎn))，將四個(gè)極點(diǎn)分別按平行對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸方向延伸，組成的封閉矩形即可；對(duì)于橢圓，本算法要求橢圓的軸平行于某一坐標(biāo)軸，處理方法同圓；對(duì)于弧，假設(shè)由弧和連接弧的其余向量組成的封閉區(qū)域?yàn)镾"由連接弧的兩個(gè)端點(diǎn)的向量(新向量)及連接弧的其余向量組成的封閉區(qū)域?yàn)镾2，S,區(qū)域在坐標(biāo)軸上的投影區(qū)間分別為L(zhǎng)I"S2區(qū)域在對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸上的投影區(qū)間分別為13,14，本發(fā)明要求1^13=13、121^4=14至少有一個(gè)成立，處理方法只須連接弧的兩個(gè)端點(diǎn)形成新的向量即可。向量化結(jié)果分別如圖3(a2)，(b2)，(c2)所示。(2)最小化根據(jù)視圖中向量之間的交點(diǎn)將向量細(xì)分到最小單位。在實(shí)際制圖中，通常不需要畫出每一個(gè)點(diǎn)和向量就可以完整表達(dá)制圖者的意思。如圖4,我們只需要8個(gè)頂點(diǎn)(A，/2，/3,《，/5'/6,/7,/8)和6個(gè)向量(r(/;,/3),k"，/5)，"/5，/7)，r(f7，A),K/2，/6)，k(/4，/s))就可以描述該圖形。本發(fā)明要求得到視圖中所有的點(diǎn)和向量信息，轉(zhuǎn)化過程如下算法l:最小向量化，得到全部點(diǎn)和向量〃源數(shù)據(jù):點(diǎn)集戶和向量集K;〃目標(biāo)向量集&while(「！=nullandKCount〉1)KSelect(〃選擇K中的任意向量^/Clear0;.while(rinfO〃遍歷K中其他向量if(n,f4目交且交點(diǎn)P不是K頂點(diǎn))說明書第7/13頁if(戶.NotExistsO)){尸.Add(p);}ZAdd(p);〃記錄交點(diǎn)}If(/!=null)WAddU.Split(/));〃根據(jù)交點(diǎn)分割向量}else(AAdd(Ki);}KRemove(^):對(duì)于圖4，執(zhí)行方法1后可以得到全部9個(gè)頂點(diǎn)和12個(gè)最小向量。五、構(gòu)造環(huán)算法2:構(gòu)造最小向量環(huán)此算法的核心思想是將最小向量和頂點(diǎn)之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)換成一個(gè)無向圖，通過深度遍歷圖和回溯來求解圖中所包含的有效環(huán)。(1)用鄰接表來存儲(chǔ)向量及向量間聯(lián)系，如圖2(b)中的向量Vn、印4分別描述如下(2)任選一個(gè)節(jié)點(diǎn)出發(fā)，深度遍歷圖，依次將遍歷路徑上的節(jié)點(diǎn)壓棧l;(3)在遍歷過程中，如果鄰接表上有多個(gè)可選節(jié)點(diǎn)，則任選其一作為后繼節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)和當(dāng)前節(jié)點(diǎn)組合后壓棧2;(4)遍歷時(shí)如果后繼節(jié)點(diǎn)和棧1中的節(jié)點(diǎn)相同構(gòu)成回路則表明找到一個(gè)環(huán)，記錄該環(huán)并將節(jié)點(diǎn)回溯到棧2的棧頂節(jié)點(diǎn)處開始新的遍歷；(5)由視圖轉(zhuǎn)化成無向圖時(shí)，如果存在三個(gè)或以上向量交于一個(gè)頂點(diǎn)，在無向圖中即會(huì)存在一個(gè)無效環(huán)。在遍歷的過程中，如果后繼節(jié)點(diǎn)與棧1中的節(jié)點(diǎn)組成無效環(huán)則中斷遍歷，并將節(jié)點(diǎn)回溯到棧2的棧頂節(jié)點(diǎn)處開始新的遍歷；(6)如果棧2為空，則遍歷結(jié)束。算法3:合并環(huán)中最小向量得到基礎(chǔ)向量環(huán)遍歷每個(gè)環(huán)鏈表，如果存在兩個(gè)連續(xù)的最小向量V7、V2，其斜率相同，則合并這兩個(gè)向量形成一個(gè)新的基礎(chǔ)向量V，并用V，替代原有環(huán)中的V/、"，最終得到由基礎(chǔ)向量構(gòu)成的環(huán)。六、識(shí)別主方向特征以主方向所在視圖為主視圖，任選其余視圖合為一組視圖，在主視圖中尋找草繪輪廓，在從視圖中尋找草繪平面和拉伸尺寸。其中，草繪輪廓全部由環(huán)構(gòu)成，草繪平面和拉伸尺寸由映射區(qū)間決定。具體步驟如下(1)根據(jù)主視圖中的環(huán)Z求出環(huán)點(diǎn)集在公共坐標(biāo)軸上的投影坐標(biāo)集；(2)根據(jù)這些投影坐標(biāo)，在從視圖中分別求出對(duì)應(yīng)的映射點(diǎn)集；(3)根據(jù)這些映射點(diǎn)集，在從視圖非共同坐標(biāo)軸上判斷是否存在一個(gè)共同的坐標(biāo)區(qū)間(映射區(qū)間)；(4)如果存在，則找到一個(gè)主方向特征該環(huán)丄即草繪輪廓，映射區(qū)間為草繪平面，映射區(qū)間的長(zhǎng)度即拉伸尺寸；若不存在則重復(fù)以上步驟直至遍歷完畢。七、重建形體在重建形體的過程中，根據(jù)環(huán)之間的關(guān)系，可以判斷特征之間的布爾關(guān)系，具體方法如下規(guī)則l:實(shí)體間布爾關(guān)系規(guī)則①若L,fU2=A或者Ani2=i2，則Result=Fe2_Fei或Result=Fq—/^2;②若AfU2-，則Result=Fe2U;③其它情況則Result=i^n尸"。另外，在重建形體的過程中，為了減少不必要的重復(fù)尋找，在找到一個(gè)特征后，立即在三維視圖中剔除該特征所覆蓋的環(huán)，以加快后續(xù)重建的效率。具體方法如下算法4:根據(jù)環(huán)拉伸后得到的形體逆向求出該形體所對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)和向量環(huán)在做拉伸操作后，可形成兩部分的頂點(diǎn)本身該環(huán)的頂點(diǎn)；由該環(huán)拉伸到終止平面所形成的對(duì)稱環(huán)的頂點(diǎn)。環(huán)在做拉伸操作后，可形成三部分的向量本身該環(huán)的組成向量；由該環(huán)拉伸到終止平面所形成的對(duì)稱環(huán)的組成向量；由該環(huán)的每個(gè)頂點(diǎn)在拉伸過程中形成的向量。算法5:根據(jù)主方向特征剔除環(huán)根據(jù)算法4可得該主方向特征所對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)和向量，然后在三維視圖中判斷是否存在如下環(huán)如果它的所有組成向量都在該特征所能表達(dá)的向量集中，則刪除該環(huán)。最后，判斷重建是否結(jié)束的準(zhǔn)則如下算法6:判斷重建是否結(jié)束根據(jù)算法4得到所有已重建形體的頂點(diǎn)和向量，再與原始三維視圖比較，如果三維視圖中的任何點(diǎn)或任何向量都在已求解實(shí)體所能表示的點(diǎn)集和向量集中，則說明重構(gòu)完成，否則需繼續(xù)尋找主方向特征。八、其它規(guī)則規(guī)則2:主視圖中如果存在多個(gè)環(huán)，其投影坐標(biāo)集均相同，則只操作輪廓最大的環(huán)。規(guī)則3:對(duì)于主視圖中的一個(gè)環(huán)，在從視圖中如果有多個(gè)映射區(qū)間與之對(duì)應(yīng)，則只操作跨度最大的映射區(qū)間。基于上述提出的重建方法，我們提出的三維重建流程如圖5所示。在尋找主方向特征的過程中，首先需要處理的是原視圖中由圓、橢圓、弧等向量化后形成的環(huán)，通常這些環(huán)構(gòu)成的特征較明顯，比如圓環(huán)，如果在其它視圖中找到一個(gè)矩形與之相匹配，則表明這是一個(gè)圓柱特征。先處理這些特殊環(huán)有利于提高后需重建的效率和準(zhǔn)確性。其次，按視圖中斜線向量多少作為選擇主方向的依據(jù)，即先選擇斜線最多的視圖作為主方向。在主方向上按上述算法尋找特征，如果在該方向上尋找完畢且重建未結(jié)束，則切換主方向，選擇斜線次多的視圖作為主方向，依次操作直至重建結(jié)束。九、重建實(shí)施例下面以圖2中的三視圖為例介紹具體的重建流程。為了描述問題的方便，不妨設(shè)定每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)如圖2(c)中所述。第一，規(guī)范化數(shù)據(jù)后得到點(diǎn)和最小向量集如圖2(e)所示。執(zhí)行方法2構(gòu)造最小向量環(huán)，執(zhí)行方法3合并最小向量可得新增基礎(chǔ)向量如圖2(f)所示，然后得基礎(chǔ)向量環(huán)如下丄F1:Vfl9_Vfl2_Vf6_VF7一丄f2:VF2誦Vfi4-Vfl5-V/ril一Vfl2-印5_印6-VF8丄巧VWVfl4—Vfll-V/T12—V/"4_V巧丄F4:Vfi-Vfi6"Vf6_V"陽V/^丄"Vw印12-V巧丄尸6:V,13-印14-V/ri5-V尸io丄n:Vn3-VH5-VTl6-丄n:Vn2—V7io一vm一vr5-vm-v^s丄73:vn-vtp-vn-v"Vm-V715-VWV/9丄"V73-Vr4-vnoV717-V718-vnsrV720"2:V仍"1^13-V幻廣1^28Z氾Vil"Vmi陽V仍-V尺13-V及i4-V及n一V及i8一V貝9-V/16-V咖Z賴Vw廣V譜-V/i2-V臘"5:V尺l—VwV^io"6:V;m-Vt222-他3-他5"7:他2-V尺5-Vt13-V肌-他7"8:V/m-V范2'V沼4-V/17-V謂,i9-V/16-他7丄形v/m-vwv形丄iio:vwv斜-v肪-v^Q4丄z11:vw12"v/4-vw5_v及13陽v及31一v/8Ar12:VW2_VijrV"5-V/17_v/18-V/i9"Vji6"V朋丄ftl3:Vi13-v恥丄W4:VW13"v跑-V/J17誦Vwi8-v及19"VR16"Zi15:V"17-V則-V"19-V/J15第二，首先處理含圓特征，在T叩視圖中找到Zn，故以Top視圖為主方向。任選(T叩、Front)組視圖，7為主視圖，尸為從視圖。Zz7環(huán)點(diǎn)集和投影坐標(biāo)集見表l，對(duì)應(yīng),視圖的映射點(diǎn)集見表2。表lirr環(huán)環(huán)環(huán)點(diǎn)集x軸上投影坐<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>丄77在表2中可以找到一個(gè)映射區(qū)間[3.5，5]，由此可得特征Fer「丄n("(3.5,5))，草繪輪廓為Zj7，起始面為^=3.5，終止面為2^5,拉伸尺寸為1.5,如圖6(b)所示。Fen為己重建實(shí)體的第一個(gè)特征，執(zhí)行算法4可得該特征所覆蓋的頂點(diǎn)集和向量集，執(zhí)行算法6可知F視圖中點(diǎn)yi(0,0)不在重建實(shí)體中，故重建尚未結(jié)束，需繼續(xù)尋找特征。對(duì)于特征i^n，執(zhí)行算法5可剔除環(huán)丄F6，丄n，i^15。第三，由于F視圖中含斜線向量，故以F視圖作為主方向，任選(Front、Top)組視圖，F(xiàn)為主視圖，r為從視圖。F視圖中環(huán)點(diǎn)集和投影坐標(biāo)集見表3，對(duì)應(yīng)r視圖的映射點(diǎn)集見表4。表3F視圖的環(huán)<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表4r視圖的映射點(diǎn)集<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>對(duì)表3中的環(huán)i^、丄n、丄巧，未能在表4中找到一個(gè)映射區(qū)間，直接剔除這些環(huán)。對(duì)于環(huán)在表4中可以找到一個(gè)映射區(qū)間，由此可以得到一個(gè)特征i^ra=ZM(j^(0，6))，草繪輪廓為Zpt,起始面為產(chǎn)O，終止面為尸6，拉伸尺寸為6，如圖6(a)所示。根據(jù)規(guī)則1，由Fen覆蓋的環(huán)￡F6和Fen覆蓋的環(huán)丄《有i^4rUF6=&6可知Result=Fgf2—尸印1<>執(zhí)行算法4更新已重建實(shí)體所覆蓋的頂點(diǎn)集和向量集，執(zhí)行算法6可知F視圖中點(diǎn)/9(3,5)不在重建實(shí)體中，故重建尚未結(jié)束，需繼續(xù)尋找特征。對(duì)于特征Fe^，執(zhí)行算法5可剔除環(huán)丄f4，Z及i，Z斜,丄5，Z朋,Z形，i/W10,Zn，丄73，Zr4。對(duì)于環(huán)丄巧，在表4中可以找到一個(gè)映射區(qū)間，由此可得一個(gè)特征Fera="(_n(0，2))，草繪輪廓為i^，起始面為尸O，終止面為"2，拉伸尺寸為2，如圖6(c)所示。根據(jù)規(guī)則1，由&4門&5=&5可知Result-i^2—i^3,結(jié)果如圖6(d)所示。執(zhí)行方法4更新已重建實(shí)體所覆蓋的頂點(diǎn)集和向量集，執(zhí)行算法6可知重建結(jié)束。由于存在將圓向量化的向量，故需替換成圓，最后重建結(jié)果如圖6(e)所示。本發(fā)明的有益效果在于-(1)可以接受多種格式如DXF文件作為數(shù)據(jù)源，使三維重建更具普遍性和實(shí)用性；(2)算法簡(jiǎn)單，在尋找主方向特征的過程中，及時(shí)剔除無效環(huán)和已重建形體覆蓋的環(huán)，提高了重建效率；(3)面向特征，更直觀，重建結(jié)果容易由大型三維造型軟件如Catia、ProE等實(shí)現(xiàn)；(4)對(duì)于某些旋轉(zhuǎn)特征如柱體，也可轉(zhuǎn)化為主方向特征實(shí)現(xiàn)。以上所述的實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點(diǎn)，其目的在于使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，因此不能僅以此來限定本發(fā)明的專利范圍，即凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的均等變化或修飾，仍應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種基于主方向特征識(shí)別的三維視圖重構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于，由以下模塊順序連接構(gòu)成數(shù)據(jù)規(guī)范化模塊，將所有數(shù)據(jù)向量化，最小化，獲得最小向量；構(gòu)造環(huán)模塊，包含構(gòu)造最小向量環(huán)模塊，構(gòu)造最小向量環(huán)；和合并最小向量模塊，合并環(huán)中最小向量得到基礎(chǔ)向量環(huán)；識(shí)別主方向特征模塊，在主視圖中尋找由環(huán)構(gòu)成的草繪輪廓，在從視圖中尋找草繪平面和拉伸尺寸；重建形體模塊，重建三維實(shí)體。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于主方向特征識(shí)別的三維視圖重構(gòu)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟1)數(shù)據(jù)規(guī)范化模塊將所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成向量，再根據(jù)視圖中向量之間的交點(diǎn)將向量最小化，得到視圖中所有的頂點(diǎn)和最小向量信息；2)構(gòu)造最小向量環(huán)模塊將最小向量和頂點(diǎn)之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)換成一個(gè)無向圖，通過深度遍歷圖和回溯得出圖中所包含的最小向量環(huán)；3)合并最小向量模塊合并最小向量環(huán)中的最小向量得到基礎(chǔ)向量環(huán)；4)識(shí)別主方向特征模塊提取出主方向特征；5)重建形體模塊通過基礎(chǔ)向量環(huán)之間的關(guān)系得到主方向特征之間的布爾關(guān)系，從而重建三維實(shí)體。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于主方向特征識(shí)別的三維視圖重構(gòu)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟2)的具體實(shí)現(xiàn)方法為(1)用鄰接表來存儲(chǔ)向量及向量間聯(lián)系；(2)任選一個(gè)節(jié)點(diǎn)出發(fā)，深度遍歷圖，依次將遍歷路徑上的節(jié)點(diǎn)壓棧l;(3)在遍歷過程中，如果鄰接表上有多個(gè)可選節(jié)點(diǎn)，則任選其一作為后繼節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)和當(dāng)前節(jié)點(diǎn)組合后壓棧2;(4)遍歷時(shí)如果后繼節(jié)點(diǎn)和棧1中的節(jié)點(diǎn)相同構(gòu)成回路則表明找到一個(gè)環(huán)，記錄該環(huán)并將節(jié)點(diǎn)回溯到棧2的棧頂節(jié)點(diǎn)處開始新的遍歷；(5)由視圖轉(zhuǎn)化成無向圖時(shí)，如果存在三個(gè)或以上向量交于一個(gè)頂點(diǎn)，在無向圖中即會(huì)存在一個(gè)無效環(huán)；在遍歷的過程中，如果后繼節(jié)點(diǎn)與棧l中的節(jié)點(diǎn)組成無效環(huán)則中斷遍歷，并將節(jié)點(diǎn)回溯到棧2的棧頂節(jié)點(diǎn)處開始新的遍歷；(6)如果棧2為空，則遍歷結(jié)束。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于主方向特征識(shí)別的三維視圖重構(gòu)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟3)的具體實(shí)現(xiàn)方法為遍歷每個(gè)環(huán)鏈表，如果存在兩個(gè)連續(xù)的最小向量，且它們的斜率相同，則合并這兩個(gè)連續(xù)的最小向量形成一個(gè)新的基礎(chǔ)向量，并用新的基礎(chǔ)向量替代原有環(huán)中的兩個(gè)連續(xù)的最小向量，最終得到由基礎(chǔ)向量構(gòu)成的環(huán)。5、根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于主方向特征識(shí)別的三維視圖重構(gòu)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于,步驟4)的具體實(shí)現(xiàn)方法為(1)根據(jù)主視圖中的環(huán)求出環(huán)點(diǎn)集在公共坐標(biāo)軸上的投影坐標(biāo)集；(2)根據(jù)這些投影坐標(biāo)，從視圖中分別求出對(duì)應(yīng)的映射點(diǎn)集；(3)根據(jù)這些映射點(diǎn)集，從視圖非共同坐標(biāo)軸上判斷是否存在一個(gè)共同的映射區(qū)間；(4)如果存在，則找到一個(gè)主方向特征該環(huán)即草繪輪廓，映射區(qū)間為草繪平面，映射區(qū)間的長(zhǎng)度即拉伸尺寸；(5)若不存在，則重復(fù)以上步驟直至遍歷完畢。6、根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于主方向特征識(shí)別的三維視圖重構(gòu)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟5)的具體實(shí)現(xiàn)方法為(1)在重建形體的過程中，根據(jù)環(huán)之間的關(guān)系，可以判斷主方向特征之間的布爾關(guān)系；(2)根據(jù)環(huán)拉伸后得到的形體逆向獲得該形體所對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)和向量；(3)得到該形體主方向特征所對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)和向量后，在三維視圖中判斷是否存在如下環(huán)如果環(huán)的所有組成向量都在該特征所能表達(dá)的向量集中，則刪除該環(huán)；(4)得到所有已重建形體的頂點(diǎn)和向量后，再與原始三維視圖比較，如果三維視圖中的任何點(diǎn)或任何向量都在已獲得的實(shí)體所能表示的點(diǎn)集和向量集中，則說明重構(gòu)完成，否則需繼續(xù)尋找主方向特征。全文摘要本發(fā)明提出了一種基于主方向特征識(shí)別的三維視圖重構(gòu)系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，首先對(duì)三維視圖中包含的頂點(diǎn)和向量信息進(jìn)行格式化處理，構(gòu)建向量環(huán)；然后通過確定主方向，以主方向所在視圖中的環(huán)作為特征輪廓，在其它視圖中尋找草繪平面和拉伸距離，從而得到特征；最后通過環(huán)之間的關(guān)系得到特征之間的布爾關(guān)系，從而重建三維實(shí)體。本發(fā)明不搜索視圖中所有的環(huán)，并在找到特征后及時(shí)刪除冗余環(huán)，減少了重復(fù)匹配的次數(shù)，有效地提高了重建的效率。文檔編號(hào)G06T17/10GK101373544SQ20081004259公開日2009年2月25日申請(qǐng)日期2008年9月5日優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日發(fā)明者郝泳濤申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)