專利名稱：點群數(shù)據(jù)的曲面變換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從三維測量儀計量到的被測量物的曲面三維坐標(biāo)的實測點群數(shù)據(jù)，求得曲面數(shù)據(jù)的曲面變換方法。
以往，已知的方法有樣條法和NURBS法等，用來根據(jù)從三維測量儀計量到的被測量物的曲面三維坐標(biāo)(x，y，z)數(shù)據(jù)(下面稱為實測點群數(shù)據(jù))，求得該被測定物曲面的曲面數(shù)據(jù)。
如

圖14所示的三維測量儀，用圖中A所示方向射來的激光12，從被測定物10的曲面10a的反射光、得到各光點的點坐標(biāo)P1(x1，y1，z1)，P2(x2，y2，z2)，…，Pi(xi，yi，zi)。這些P1(x1，y1，z1)-Pi(xi，yi，zi)成為圖中10a所示面的實測點群數(shù)據(jù)Pa(x，y，z)。然后，使被測量物10或者激光掃描器11中的任何一方旋轉(zhuǎn)90°，從圖中B所示的方向用圖中虛線所示的激光12，對曲面10b的實測點群數(shù)據(jù)Pb(x，y，z)進(jìn)行采樣，并順次從圖中C、D所示的方向，也對實測點群數(shù)據(jù)Pc(x，y，z)、PD(x，y，z)進(jìn)行采樣。前述那樣對被測量物10的全部表面進(jìn)行采樣后，得到三維的實測點群數(shù)據(jù)P(x，y，z)。
這樣，得到的三維實測點群數(shù)據(jù)為多個點的集合。根據(jù)這些點的集合，在從各方向(例如A方向和B方向)采樣到的數(shù)據(jù)中，操作者對邊界線的重復(fù)數(shù)據(jù)和無用數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并進(jìn)行選擇，且僅對已排序的處理點群數(shù)據(jù)，用鼠標(biāo)器等在計算機顯示器上，進(jìn)行三維繪圖。
這里，計算機利用NURBS等方法，根據(jù)在顯示器上所繪的處理點群數(shù)據(jù)，求得曲面數(shù)據(jù)。
這種曲面數(shù)據(jù)，能用于例如三維造型加工機等的三維形狀物加工中。
在前述以往的得到曲面數(shù)據(jù)的方法中，從三維測量儀采樣到的三維實測點群數(shù)據(jù)為多個點的集合，必須將各方向得到的點加工成能處理的處理點群數(shù)據(jù)，存在需要人工操作進(jìn)行整理和選擇的問題。
也就是說，從各方向得到的點，在其邊界部分等處數(shù)據(jù)未必一致，為了顯示三維點群，必需整理重復(fù)數(shù)據(jù)和無用數(shù)據(jù)。為此，需要計算機的輸入操作和繪圖操作，因而要用大量的操作工時。與此同時，因處理點群數(shù)據(jù)會產(chǎn)生輸入差錯和選擇差錯或者繪圖誤差和有用數(shù)據(jù)的缺損等，所以有曲面數(shù)據(jù)依賴于操作者的問題。
因此，期望能不通過人工而方便地從用三維測量儀得到的未整理的實測點群數(shù)據(jù)求得曲面的方法。
為解決前述以往技術(shù)例中的問題，本發(fā)明的曲面變換方法從三維測量儀計量到的被測量物的曲面三維坐標(biāo)的實測點群數(shù)據(jù)，求得曲面數(shù)據(jù)，其特征在于，對三維坐標(biāo)系統(tǒng)，在實測點群數(shù)據(jù)的分布面的鄰近處或邊界位置設(shè)定具有規(guī)定圖形形狀的基本形狀面后，在基本形狀面上確定多個基準(zhǔn)點，在各基準(zhǔn)點上向?qū)崪y點群數(shù)據(jù)的分布面設(shè)定標(biāo)明方向的有向向量，再對基本形狀面的各基準(zhǔn)點求出所述有向向量在所示方向的延長線與實測點群數(shù)據(jù)的分布面交叉的處理點群數(shù)據(jù)，并根據(jù)該處理點群數(shù)據(jù)求得到曲面數(shù)據(jù)。
此外，將與用往有向向量所示方向處伸后的鄰近處實測點群數(shù)據(jù)作成的微小面交叉的點作為處理點群數(shù)據(jù)是較佳的。
本發(fā)明由前述結(jié)構(gòu)，能得到下述的作用。也就是說采用本發(fā)明，對具有設(shè)定在三維坐標(biāo)上的規(guī)定圖形形狀的基本形狀面上的多個基準(zhǔn)點，可利用往實測點群數(shù)據(jù)分布面標(biāo)明方向的有向向量所示方向的延長線與實測點群數(shù)據(jù)分布面交叉，求得處理點群數(shù)據(jù)。具體地說，預(yù)先準(zhǔn)備多個各種圖形的基本形狀面，并對應(yīng)于對象物曲面選擇其中一個，且在該基本形狀面上設(shè)定多個基準(zhǔn)點，使這些基準(zhǔn)點移動到與有向向量所示的實測點群數(shù)據(jù)分布面交叉的點，不管實測處理點群數(shù)據(jù)中重復(fù)和不一致等，能從基本形狀面上的基本點群，求得采用NURBS法時所需的有序點群數(shù)據(jù)(處理點群數(shù)據(jù))，并能容易地算出三維表面的曲面。
此外，如果將與用往有向向量所示方向延伸后的鄰近處實測點群數(shù)據(jù)作成的微小面交叉的點作為處理點群數(shù)據(jù)，則用在有向向量所示鄰近位置的實測點群數(shù)據(jù)作成的微小面，能在有向向量所示的分布面上設(shè)定假設(shè)的點，即使對因不完全而有誤差和缺損的未整理的實測點群數(shù)據(jù)，也能得到確實能處理的處理點群數(shù)據(jù)。
采用本發(fā)明，可提供能削減以往必需的從實測點群數(shù)據(jù)人工選擇曲面變換中所需數(shù)據(jù)的操作，在非常短的時間內(nèi)從實測點群數(shù)據(jù)求得曲面數(shù)據(jù)的方法。
圖1表示本發(fā)明第1實施例的方框圖。
圖2表示該方法的流程圖。
圖3表示測量對象物的斜視圖。
圖4表示基本形狀面的說明圖。
圖5表示有向向量的說明圖。
圖6表示點的移動的說明圖。
圖7表示上曲面的斜視圖。
圖8表示其它面的求法的斜視圖。
圖9表示本發(fā)明第2實施例的結(jié)構(gòu)圖。
圖10表示其微小面的說明圖。
圖11表示該方法的流程圖。
圖12表示其它適用例的斜視圖。
圖13表示其輸出例的斜視圖。
圖14表示作為以往技術(shù)例的實測點群數(shù)據(jù)的采樣方法的說明圖。
下面，參照附圖對本發(fā)明的實施例詳細(xì)地進(jìn)行說明。
實施例1圖1-圖8表示本發(fā)明的第1實施例。
圖1所示的運算裝置1包括輸入用三維測量儀7計量到的自由曲面測量對象物10的實測點群數(shù)據(jù)P各坐標(biāo)(x，y，z)的實測點群數(shù)據(jù)輸入單元2，包含具備預(yù)先登記好的矩形平面、圓柱面、球面、長方柱面和方柱面等規(guī)定圖形形狀的基本形狀面5a和表示其方向的有向向量6a的存儲器數(shù)據(jù)9，由實測點群數(shù)據(jù)輸入單元2的實測點群數(shù)據(jù)P和存儲器數(shù)據(jù)9將實測點群數(shù)據(jù)P變換成曲面數(shù)據(jù)S的運算處理單元和存放運算所得曲面數(shù)據(jù)S并輸出到三維造型加工機8的曲面數(shù)據(jù)輸出單元4。
圖2表示其處理流程，在步驟1中，將用三維測量儀7計量到的實測點群數(shù)據(jù)P裝入實測點群數(shù)據(jù)輸入單元2。圖3中所示的P1-P33表示作為測量對象物的電話聽筒10的上表面部分10a的實測點群數(shù)據(jù)P的位置。此外，在圖3中，雖然圖紙上表示了33個實測點群數(shù)據(jù)，但實際上實測點群數(shù)據(jù)P也可采取幾萬個數(shù)據(jù)。
這里，操作者從存儲器數(shù)據(jù)9中選擇適合電話聽筒10的上表面部分10a形狀的基本形狀面5a，并向?qū)崪y點群數(shù)據(jù)P的鄰近三維空間設(shè)定圖4中5a所示的矩形平面(步驟2)。
步驟3中，在矩形平面5a上的每個基準(zhǔn)點群數(shù)據(jù)Q，設(shè)定有向向量6a，使其與實測點群數(shù)據(jù)P的分布面方向正交。
如前所述，將設(shè)定了矩形平面5a和有向向量6a的存儲器數(shù)據(jù)9，與實測點群數(shù)據(jù)輸入單元2的實測點數(shù)據(jù)P一起，輸入到運算處理單元3。
在運算處理單元3，往有向向量6a所指的方向移動矩形平面5a中各基準(zhǔn)點群數(shù)據(jù)Q，并在分布面10a上運算與實測點群數(shù)據(jù)P交叉的處理點群數(shù)據(jù)D。
在第1實施例中，不管實測點群數(shù)據(jù)P的重復(fù)和不一致等，只根據(jù)圖6所示的矩形平面5a中基準(zhǔn)點Q1-Q33，分別在分布面10a上所具有的多個實測點群數(shù)據(jù)P中求出變換成圖中P1-P33所示曲面時需要的實測點群數(shù)據(jù)P。
也就是說，在水平方向?qū)D6中的矩形平面5a分割成11份并在垂直方向分割成2份后各位置上的各基準(zhǔn)點Q1-Q33，按有向向量6a，四角各頂點Q1、Q3、Q31、Q33分別與分布面10a中頂點P1、P3、P31、P33交叉。邊上的點Q2和Q32對P2和P32交叉，Q6、Q9…Q30對P6、P9…P30交叉，Q4、Q7…Q28對P4、P7…P28交叉。然后，內(nèi)部的點Q5、Q8…Q29與P5、P8…P29交叉。
如前述那樣，只將所運算的交叉位置，作為可對曲面進(jìn)行處理的處理點群數(shù)據(jù)Di求出，矩形平面5a中前述各基準(zhǔn)點Q再向分布面10a中處理點群數(shù)據(jù)Di位置移動，從而生成圖7所示的曲面Sa(步驟5)。也就是說，運算處理單元3用NURBS法，根據(jù)前述處理點群數(shù)據(jù)Di得到分布面10a的三維表面數(shù)據(jù)(即曲面數(shù)據(jù))。
圖7所示的分布面10a施行前述運算處理后，將實測點群數(shù)據(jù)P變換成曲面數(shù)據(jù)Sa。
如前文所述那樣，將表示電話聽筒10的上表面的曲面數(shù)據(jù)Sa，暫時存放到曲面數(shù)據(jù)輸出單元4中。
接著，對圖8所示的電話聽筒10的底面10b，采用矩形平面5b作為基本形狀面，而有向向量采用與分布面10b正交的方向6b。與前述上表面10a相同，只對與矩形平面5b上的各基準(zhǔn)點群數(shù)據(jù)Q交叉的所需實測數(shù)據(jù)P求處理點群數(shù)據(jù)D，并由處理點群數(shù)據(jù)D運算曲面數(shù)據(jù)Sb。
進(jìn)而，在電話聽筒10的兩端面10c、10d分別采用各有部分缺損的圓筒面5c、5d和圖8中6c、6d所示指向軸心的有向向量，從所需各實測點數(shù)據(jù)P求得各部分的曲面數(shù)據(jù)Sd、Sc和Sd，并依次存放到曲面輸出單元4中。當(dāng)重復(fù)前述過程，對全部平面求得曲面數(shù)據(jù)時，曲面數(shù)據(jù)輸出單元4將曲面數(shù)據(jù)S輸出到三維造型加工機8中。
如前文所述那樣，采用所述實施例1，對于用三維測量儀7計量到的測量對象物10的實測點群數(shù)據(jù)P，僅提供基本形狀面5a和其有向向量6a，求得需要的處理點群數(shù)據(jù)D，并使各基準(zhǔn)點Q移動，借此能求得測量對象物10的曲面數(shù)據(jù)S。
實施例2下面參照圖9-圖13對本發(fā)明的實施例2進(jìn)行說明。
實施例2對實施例1中基準(zhǔn)點Q與所需實測點群數(shù)據(jù)P交差的點的求法，其特點是在實測與群數(shù)據(jù)P的分布面上設(shè)定假設(shè)的微小面B，并求與微小面B交叉的點。也就是說，做成未必使圖6所示的基準(zhǔn)點Qi與實測點群數(shù)據(jù)Pi一致，也可在圖9所示的實測點群數(shù)據(jù)P(含重復(fù)和缺損以及誤差的場合)中，以鄰近交叉的點群所作的微小面B取得交差位置。
因此，實施例2的其它結(jié)構(gòu)因與實施例1中部分相同，所以圖9-圖13中，在相同部分附以相同符號并省略其詳細(xì)說明。
圖11所示的流程，在步驟1-步驟3與實施例1相同，對實測點群數(shù)據(jù)P設(shè)定基本形狀面5a和其有向向量6a。
下面，對實施例2中圖9所示矩形平面5a的基準(zhǔn)點Qi與各分布面10a上的Pi未必對應(yīng)的場合的處理方法進(jìn)行說明。
圖11所示的步驟4a-步驟4b，是關(guān)于微小面B的形成的部分。這里，圖9所示的Qi點，不存在有向向量6a的方向上與實測點群數(shù)據(jù)P交叉的交點Pi。于是，取從基準(zhǔn)點Qi向有向向量6a的方向延伸并與分布10a交叉的位置附近的點(圖10中P1、P2點)，并運算根據(jù)該點假設(shè)的微小面B，得到能處理的點Di(處理點群數(shù)據(jù)D)。
然后，在步驟5a，使不清楚移動到何處的基本形狀面5a的頂點和邊上的點以及內(nèi)部點，分別移動到交叉的微小面B的位置，并生成曲面。
圖10所示的Di點，表示Qi點移動到P1和P2點所成的微小面B上的樣子。
如前述那樣，采用前述實施例2，即使在移動到何處不清楚的場合，也能從周圍的點確實地確定移動到達(dá)處，并能借助于NURBS等方法得到曲面數(shù)據(jù)S。也就是說，在實測點群數(shù)據(jù)P是多點的集合中，即使含有重復(fù)和無用數(shù)據(jù)或者缺損等沒有進(jìn)行整理的數(shù)據(jù)群，也能從鄰近的數(shù)據(jù)作出微小面B來適應(yīng)，從而準(zhǔn)確求得成為可處理移動到達(dá)處的處理點群數(shù)據(jù)D，并得到曲面S。
圖12是將本發(fā)明用于人的耳孔模型的情況，從耳朵的不能自由動作的一方用硅材料做成耳孔模型，對用三維測量儀在孔軸方向反復(fù)45°掃描測量的實測點群數(shù)據(jù)P，采用圓柱面形狀的基本形狀面5a，并將圓柱面分割成格子狀、對各基準(zhǔn)點Qi往中心軸的方向設(shè)定有向向量6a。這種場合，以總數(shù)約5萬個點表示實測點群數(shù)據(jù)，用以往通過人工的手動操作求得能處理的數(shù)據(jù)，并生成曲面時，需要3小時以上。如果采用本發(fā)明的實測點群數(shù)據(jù)的曲面變換方法，因從周圍的點作成微小面B求得交點，所以基本上不依賴于實測點群數(shù)據(jù)P的個數(shù)和分布形狀、且與缺損和誤差或者重復(fù)無關(guān)，能用約一分鐘時間將約5萬個點的實測點群數(shù)據(jù)P變換成圖13所示的曲面數(shù)據(jù)S。利用這種耳孔的曲面數(shù)據(jù)S，在以定制的方式制作助聽器的場合，可作為三維造型加工機的加工數(shù)據(jù)。
此外，在前述實施例中，微小面B不限于矩形平面，也可以是三角形平面、圓形平面和任意曲面。又，微小面B也可以是用對一部分鄰近坐標(biāo)點取平均后求得的坐標(biāo)點群作成的面。微小面B的大小可以是固定的，也可以按實測點群數(shù)據(jù)變動求得。再者，運算處理單元3雖然示出用NURBS法得到曲面的方法，但不限于NURBS法，也可以用樣條法等其它方法求得。也就是說，本發(fā)明不限于前述實施例，只要是基于本發(fā)明真正的精神，可以是種種的變形，并且包含在全部專利要求的范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種點群數(shù)據(jù)的曲面變換方法，這種曲面變換方法從三維測量儀計量到的被測量物的曲面三維坐標(biāo)的實測點群數(shù)據(jù)，求得曲面數(shù)據(jù)，其特征在于，對三維坐標(biāo)系統(tǒng)，在實測點群數(shù)據(jù)的分布面的近旁或邊界位置設(shè)定具有規(guī)定圖形形狀的基本形狀面后，在基本形狀面上確定多個基準(zhǔn)點，在各基準(zhǔn)點上向?qū)崪y點群數(shù)據(jù)的分布面設(shè)定標(biāo)明方向的有向向量，再對基本形狀面的各基準(zhǔn)點求出所述有向向量在所示方向的延長線與實測點群數(shù)據(jù)的分布面交叉的處理點群數(shù)據(jù)，并根據(jù)該處理點群數(shù)據(jù)求得曲面數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的點群數(shù)據(jù)的曲面變換方法，其特征在于，將與用往有向向量所示方向延伸后的鄰近處實測點群數(shù)據(jù)作成的微小面交叉的點，作為處理點群數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種點群數(shù)據(jù)的曲面變換方法，該方法從三維測量儀計量到的被測量物(10)的曲面三維坐標(biāo)的實測點群數(shù)據(jù)(P)，得到曲面數(shù)據(jù)(S)，其特征在于，對三維坐標(biāo)系統(tǒng)，在(P)的分布面(10a)的鄰近處或邊界位置設(shè)定具有規(guī)定圖形形狀的基本形狀面(5a)后，在(5a)上確定多個基準(zhǔn)點(Q)，在(Q)上向(10a)設(shè)定標(biāo)明方向的有向向量(6a)，再對各基準(zhǔn)點(Q)求出(6a)在所示方向的延長線與(10a)交叉的處理點群數(shù)據(jù)(D)，并根據(jù)(D)求得(S)。
文檔編號G06F17/00GK1143781SQ9610666
公開日1997年2月26日 申請日期1996年5月23日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月23日
發(fā)明者濱野誠司, 野村剛, 濱村公平 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社