[发明专利]一种基于主方向特征识别的三维视图重构系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于主方向特征识别的三维视图重构系统及其实现方法。

背景技术

自Idesawa于上世纪70年代初首次发表由工程三视图重建三维形体的论文以来，这一课题的研究受到普遍关注，提出了许多重建方法。目前常见的重建方法可以根据三维形体的表示模型分为CSG(Constructive Solid Geometry)重建方法和B-rep(Boundary Representation)重建方法。B-Rep算法是指将三维形体的表面分割成为有限个表面基元子集，通过这些子集以及它们之间的结构关系来表达三维形体。B-rep算法的思想简单地说就是由二维点生成三维点，由三维点生成三维边，由三维边生成三维面环，最后生成三维形体。该算法逻辑严密，形体覆盖域较大；缺点是计算量大，且容易产生虚假的解。CSG算法的基础是：任何复杂的形体都可以分解成一些预定义体素(如柱体、锥体、球体等)的组合。其思想是由视图中的基本图元识别出基本体素，再将这些体素通过并、交、差等实体运算生成最终形体。该算法优点是更符合人工读图的特点，算法简单，没有虚假解；缺点是形体覆盖域有限。在实际的应用中，随着视图中环路的增加，计算的复杂度将成倍地增加。

发明内容

本发明针对以上技术缺陷提出了基于主方向特征识别的三维视图重构系统及其实现方法。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于主方向特征识别的三维视图重构系统，由以下模块顺序连接构成：数据规范化模块，将所有数据向量化，最小化，获得最小向量；

构造环模块，包含

构造最小向量环模块，构造最小向量环；

和合并最小向量模块，合并环中最小向量得到基础向量环；

识别主方向特征模块，在主视图中寻找由环构成的草绘轮廓，在从视图中寻找草绘平面和拉伸尺寸；

重建形体模块，重建三维实体。

所述基于主方向特征识别的三维视图重构系统的实现方法，包括以下步骤：

1)用数据规范化模块将所有数据转化成向量，再根据视图中向量之间的交点将向量最小化，得到视图中所有的顶点和最小向量信息；

2)用构造最小向量环模块将最小向量和顶点之间的联系转换成一个无向图，通过深度遍历图和回溯得出图中所包含的最小向量环；

3)用合并最小向量模块合并最小向量环中的最小向量得到基础向量环；

4)用识别主方向特征模块提取出主方向特征；

5)用重建形体模块通过基础向量环之间的关系得到主方向特征之间的布尔关系，从而重建三维实体。

作为本发明的一种优选方案，步骤2)的具体实现方法为：

(1)用邻接表来存储向量及向量间联系；

(2)任选一个节点出发，深度遍历图，依次将遍历路径上的节点压栈1；

(3)在遍历过程中，如果邻接表上有多个可选节点，则任选其一作为后继节点，其余节点和当前节点组合后压栈2；

(4)遍历时如果后继节点和栈1中的节点相同构成回路则表明找到一个环，记录该环并将节点回溯到栈2的栈顶节点处开始新的遍历；

(5)由视图转化成无向图时，如果存在三个或以上向量交于一个顶点，在无向图中即会存在一个无效环；在遍历的过程中，如果后继节点与栈1中的节点组成无效环则中断遍历，并将节点回溯到栈2的栈顶节点处开始新的遍历；

(6)如果栈2为空，则遍历结束。

作为本发明的另一种优选方案，步骤3)的具体实现方法为：遍历每个环链表，如果存在两个连续的最小向量，且它们的斜率相同，则合并这两个连续的最小向量形成一个新的基础向量，并用新的基础向量替代原有环中的两个连续的最小向量，最终得到由基础向量构成的环。

作为本发明的再一种优选方案，步骤4)的具体实现方法为：

(1)根据主视图中的环求出环点集在公共坐标轴上的投影坐标集；

(2)根据这些投影坐标，从视图中分别求出对应的映射点集；

(3)根据这些映射点集，从视图非共同坐标轴上判断是否存在一个共同的映射区间；

(4)如果存在，则找到一个主方向特征：该环即草绘轮廓，映射区间为草绘平面，映射区间的长度即拉伸尺寸；

(5)若不存在，则重复以上步骤直至遍历完毕。

作为本发明的再一种优选方案，步骤5)的具体实现方法为：

(1)在重建形体的过程中，根据环之间的关系，可以判断主方向特征之间的布尔关系；

(2)根据环拉伸后得到的形体逆向获得该形体所对应的顶点和向量；