[发明专利]一种生成物体空间扫掠体的方法

摘要

本发明公开了一种生成物体空间扫掠体的方法，涉及虚拟仿真、计算机辅助制造（CAM）与产品周期管理（PLM）领域，特别涉及一种虚拟模型运动扫掠体生成方法。该方法采用三维空间体素（Voxel）方法，获得物体在三维空间中经过运动变换所形成的扫掠体，或称包络体、包络空间、扫掠空间、扫掠轨迹。与目前已有扫掠体计算方法相比，本发明提出的方法适用于任意复杂三维形状的刚性与非刚性运动变换，能够对运动变换过程中每一采样时刻的扫掠体进行实时三维显示和表面重建。此外，本发明还提出采用大规模行并行计算的方法对扫掠体计算过程进行加速，在算法计算效率、计算精度以及鲁棒性方面均优于现有已有方法。

主权项

一种生成物体空间扫掠体的方法，其特征在于该方法的具体操作包括以下步骤：第1、将要进行扫掠的虚拟物体模型M以多边形面片和顶点的形式表示，并记录各顶点的坐标信息D以及顶点构成多边形面片所需连接信息P；第2、为虚拟物体模型M在三维空间中赋予一个时间长度为l的连续运动变换H；第3、将虚拟物体模型M在三维空间中的连续运动变换H在时间轴上进行离散化采样，每一采样点代表某一时刻t的运动变换H(t)，其中；第4、在运动变换采样0时刻，将多边形面片和顶点表示的虚拟物体模型M在其自身所处的局部坐标系空间F_local中转换成三维体素模型V₀，并将该体素模型V₀复制到物体运动变换空间所在世界坐标系F_world中，作为物体运动变换初始0时刻的扫掠体体素模型SV(0)=V₀；第5、在运动变换采样t时刻，其中1≤t≤l，根据虚拟物体模型M当前的运动变换H(t)，重新计算虚拟物体模型M的多边形面片顶点坐标信息D、顶点构成多边形面片所需连接信息P；第6、将第5步经过运动变换H(t)的虚拟物体模型M在其自身所处的局部坐标系空间F_local中重新转换成三维体素模型V_t，并将该体素模型V_t复制到物体运动变换空间所在的世界坐标系F_world中；第7、将第6步t时刻采样点的三维体素模型V_t与之前所有0到t‑1时刻采样点的三维体素模型的和以集合并运算的方式进行合并，生成到t时刻为止的扫掠体体素模型SV(t)=，其中1≤t≤l，而之前所有0到t‑1时刻采样点的三维体素模型的和事实上代表的是t‑1时刻的扫掠体体素模型，即SV(t‑1)=，所以t时刻的扫掠体三维体素模型SV(t)又可以表示为SV(t)= V_t SV(t‑1)；第8、将第7步生成的t时刻扫掠体体素模型SV(t)进行三维显示并加以保存；第9、将第7步生成的t时刻扫掠体体素模型SV(t)进行表面体素提取，生成t时刻扫掠体体素表面点子集SS(t)，进行三维显示并加以保存；第10、将第7步生成的t时刻扫掠体体素模型SV(t)进行表面三维重建，生成t时刻扫掠体表面的多边形面片模型SP(t)，进行三维显示并加以保存；第11、对所有运动变换采样时刻t，，重复第5到第10步，生成物体模型M在每一采样时刻t的扫掠体体素模型SV(t)、扫掠体体素表面点子集SS(t)、扫掠体表面的多边形面片模型SP(t)，并进行实时三维动态显示。