[发明专利]用于产品三维数据处理的任意四边形曲面中轴线生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于产品三维数据处理的任意四边形曲面中轴线生成方法，尤其适用于模型简化、模型重构、有限元网格生成、实体建模等CAD/CAE技术。涉及专利分类号G06计算；推算；计数G06T一般的图像数据处理或产生G06T17/00用于计算机制图的3D建模。

背景技术

中轴线也叫模型骨架或者中心线，通常被描述如下：在二维封闭区域中，有一可变半径的圆盘在该区域内部，保持该圆盘与区域边界至少有两个切点，然后移动此圆盘，当圆盘所走路径覆盖到所有区域之后，圆盘的圆心留下的轨迹构成的线称为中轴线，在三维模型中被称为中轴面。中轴线在CAD/CAE系统的各关键环节有着广泛应用，例如模型重构、模型分析、计算机视觉、实体建模和在几何设计的特征提取等。然而，中轴线也在某些应用中受到限制，因为目前并没有一种快速并且精确的计算中轴线的算法，特别是在曲线边界条件下生成中轴线。

Blum在1967年第一次提出中轴线的概念，中轴线具有唯一、可逆、对称、拓扑等价等优越特性。中轴线受边界的连续性影响很大，而且当时也很难提取出准确的曲线边界。10年前，主要的发现是平分线的引入，它是中轴线的一个特例，但此方法需要剪枝操作,增加了处理过程的复杂度。近年来，Teixeira和Zucker研究了曲边和中轴线的曲率、切线和法线向量三者之间的关系，给出了由平均曲率描述的曲线中轴线运动的微分方程。尽管有很多关于中轴线生成的算法，但是生成稳定和精确的中轴线还不是一件容易的工作。

目前在CAD/CAE系统中常用到的中轴线生成算法大致分成两类：轨迹法和Voronoi图法。轨迹法是根据中轴线的定义，让一可变半径的圆始终保持与该区域至少两条边界相切，则此圆圆心所留下的轨迹就是中轴线。但此算法需要判断每一个点到达各边界的距离和该点是否为分支点，即具有两个以上切点的位置。这无形中增加了数据量，必然会影响计算的效率。Voronoi图法是先将给定区域的边界用点集将其离散化，根据这个离散的点集生成Voronoi图，则Voronoi图的顶点所组成的就是中轴线。但此算法更适合二维模型，需要增加额外选择条件才可以拓展到三维模型。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制的一种用于产品三维数据处理的任意四边形曲面中轴线生成方法，具有如下步骤：

—模型分解步骤：对四边形面模型分解为四个边；将所述的四个边中不相邻的两边分成一组，得到的两组边分别作为起始边和终止边以及两约束边；

—插值步骤：通过计算所述的两约束边的向量得到两约束边的合并向量，以该合并向量的方向作为插值方向，按步长δ插入多个插入点；

—插入点移动步骤：当所述的多个插入点均位于模型内部时，计算每个插入点与所述两约束边的距离；使用迭代的方式，移动所述插入点，使该插入点与所述两约束边的距离近似相等；

—中轴线确定步骤：重复上述步骤；当所述的插入点与两约束边的距离均近似相等时，利用所述的各插入点构造B-spline曲线，该曲线近似为四边形面模型的中轴线。

本发明所述的步长δ即为两个插入点之间的距离，利用步长δ可以控制插入点的数量。步长δ越小，插入点越多，所生成的中轴线精度越高；插入点越少，生成中轴线的计算量越小。

更进一步的，考虑到由于选取起始边和终止边的不同，可能会导致插入点的空间坐标位于四边形模型之外。故本发明所述的插入点移动步骤中至少还具有插入点判定和移动步骤：