CN112652075B - 对称物体3d模型的对称拟合方法 - Google Patents

对称物体3d模型的对称拟合方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及3D数据处理技术领域，公开了一种对称物体3D模型的对称拟合方法，包括如下步骤：调整为正视图；框选数据；建立拟合平面
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE002
和正视图视面；建立拟合平面
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；平移拟合平面
Figure 438582DEST_PATH_IMAGE004
，计算截面中心点
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；得到初始平面
Figure DEST_PATH_IMAGE008
；得到对称平面
Figure DEST_PATH_IMAGE010
。本发明通过对建模数据的分析和操作，自动找到3D模型的对称面。

Description

对称物体3D模型的对称拟合方法
技术领域
本发明涉及3D数据处理技术领域，尤其涉及一种对称物体3D模型的对称拟合方法。
背景技术
通过相机对扫描物体进行3D数据建模，可以实现将物体的数据电子化，实现对物体各参数的数字化处理，比如计算物体的表面积、体积等参数。在建模过程中，由于相机一次只能扫描一部分数据，要想建立完整的数据模型，要对物体进行多次扫描后，再将数据进行拼合。
而对于对称物体，由于数据的对称性，有超过一半的数据时，就可以通过镜像、翻转等操作补齐建模数据。在部分数据缺失的情况下，要找到数据的对称轴或对称面，才能进行镜像、翻转等操作。现有的办法是通过人工操作，在屏幕上进行人机对话，选中要处理的一半数据，再设定对称面，实现镜像、翻转等操作。
人机操作时，操作误差大，操作步骤复杂，无法使多次操作产生的建模一致性。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种对称物体3D模型的对称拟合方法，通过对建模数据的分析和操作，自动找到3D模型的对称面。
本发明采取的技术方案是：
一种对称物体3D模型的对称拟合方法，其特征是，包括如下步骤：
（1）将对称物体的3D模型调整至接近正视图状态；
（2）框选3D模型中对称的拟合数据；
（3）建立正视图视面垂直的拟合平面
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
，拟合平面
Figure 112148DEST_PATH_IMAGE001
经过3D模型的预判对称轴；
（4）调整拟合平面
Figure 275627DEST_PATH_IMAGE001
，使拟合平面
Figure 452703DEST_PATH_IMAGE001
两侧的拟合数据对称度最高；
（5）根据拟合平面
Figure 533398DEST_PATH_IMAGE001
的调整量，调整正视图视面，使两者垂直；
（6）建立垂直于拟合平面
Figure 783988DEST_PATH_IMAGE001
及正视图视面的拟合平面
Figure 790472DEST_PATH_IMAGE002
；
（7）平移拟合平面
Figure 431407DEST_PATH_IMAGE002
，使拟合平面
Figure 273983DEST_PATH_IMAGE002
截取拟合数据，得到拟合平面
Figure 428015DEST_PATH_IMAGE002
上的截面曲线，计算截面曲线的型心
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
；
（8）多次平移拟合平面
Figure 369515DEST_PATH_IMAGE002
，得到一系列型心
Figure 749943DEST_PATH_IMAGE004
，并计算它们的中心点
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
；
（9）正视图视面移动至中心点
Figure 405396DEST_PATH_IMAGE005
，得到初始平面
Figure 253748DEST_PATH_IMAGE006
；
（10）对初始平面
Figure 392516DEST_PATH_IMAGE006
外侧的3D模型进行对称匹配，得到对称平面
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
，
所述对称平面
Figure 617829DEST_PATH_IMAGE007
就是对3D模型进行镜像或翻转用的对称面，将对称面外侧的部分数据删除，将内侧的数据相对于对称面进行镜像或翻转，就可得到完整的3D模型。
进一步，所述步骤（2）中，调整选择框的大小，使选择框的宽度小于对称物体的厚度。
进一步，还包括步骤：
（11）得到拟合平面
Figure 404870DEST_PATH_IMAGE001
与对称平面
Figure 533494DEST_PATH_IMAGE007
的交线，作为3D模型的中心轴线
Figure 695092DEST_PATH_IMAGE008
。
进一步，重复两次步骤（2）至（10），第一次，步骤（2）中框选位置位于3D模型靠近一端端部，得到第一对称平面，第二次，步骤（2）中框选位于3D模型靠近另一端端部，得到第二对称平面，求出第一对称平面和第二对称平面的对称面，作为3D模型的对称平面
Figure 984865DEST_PATH_IMAGE007
。
本发明的有益效果是：
（1）只要对3D模型进行简单操作，即可自动完成对称面的生成；
（2）流程操作合理，生成的对称面精确。
附图说明
附图1是标准坐标系示意图；
附图2是扫描生成的洗面奶容器3D模型，缺失一部分数据；
附图3是摆至正视图的3D模型图；
附图4是框选数据后的3D模型图；
附图5是生成拟合平面后的模型图；
附图6是镜像后生成的完整的洗面奶容器3D模型图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明对称物体3D模型的对称拟合方法的具体实施方式作详细说明。
通过3D扫描设备进行扫描，得到3D模型数据，数据量超过整个物体的数据的一半，导入至电脑存储器。便于理解，建立如图1所示的三维坐标系，3D模型的显示面为XOY平面，具体实现方法如下：
1、手动调整3D模型接近正视图，所谓接近正视图，就是显示的模型上、下、左、右四侧边缘空间肉眼看上去接近对称。视图平面即为图1中的XOY平面的平行平面。
2、通过框选方式选择3D模型上要进行对称拟合的数据，应该尽可能地选择位于3D模型两头的对称性最好的部分的数据，以提高拟合精度。
3、建立与模型正视图屏幕即与XOY平面垂直的拟合平面
Figure 562215DEST_PATH_IMAGE001
，初始拟合平面
Figure 683361DEST_PATH_IMAGE001
平行于XOZ平面。根据拟合数据计算并优化调整拟合平面
Figure 289481DEST_PATH_IMAGE001
使得拟合数据相对于拟合平面
Figure 725273DEST_PATH_IMAGE001
上下对称。
4、根据拟合平面
Figure 247259DEST_PATH_IMAGE001
调整正视图的视图平面，即相当于调整XOY平面，首先计算调整后的拟合平面
Figure 98278DEST_PATH_IMAGE001
与XOZ平面的夹角，然后旋转坐标系使得XOZ平面与
Figure 221917DEST_PATH_IMAGE001
平行。
5、建立垂直于拟合平面
Figure 830491DEST_PATH_IMAGE001
及调整后的XOY平面的拟合平面
Figure 954172DEST_PATH_IMAGE002
，初始的拟合平面
Figure 862960DEST_PATH_IMAGE002
平行于YOZ平面，用拟合平面
Figure 678207DEST_PATH_IMAGE002
截取选择的拟合数据就能得到拟合平面
Figure 288923DEST_PATH_IMAGE002
上的截面曲线。
6、计算拟合平面
Figure 811434DEST_PATH_IMAGE002
上截面曲线的型心
Figure 785116DEST_PATH_IMAGE003
，平行移动拟合平面
Figure 614008DEST_PATH_IMAGE002
能够得到一系列型心
Figure 777267DEST_PATH_IMAGE004
，并计算它们的中心点
Figure 553068DEST_PATH_IMAGE005
。
7、将正视图视面移动至中心点
Figure 298433DEST_PATH_IMAGE005
，得到初始平面
Figure 986641DEST_PATH_IMAGE006
，对初始平面
Figure 775212DEST_PATH_IMAGE006
外侧的3D模型进行对称匹配，得到对称平面
Figure 384398DEST_PATH_IMAGE007
。
对称平面就是对3D模型进行镜像或翻转用的对称面，将对称面外侧的部分数据删除，将内侧的数据相对于对称面进行镜像或翻转，就可得到完整的3D模型。
此外，还可以对操作过程进行优化和进一步计算：
8、优化拟合平面
Figure 577744DEST_PATH_IMAGE001
与对称平面
Figure 420542DEST_PATH_IMAGE007
，使得选择的拟合数据既相对于拟合平面
Figure 532896DEST_PATH_IMAGE001
上下对称，又有最多的被初始平面
Figure 387851DEST_PATH_IMAGE006
遮挡的部分相对于对称平面
Figure 88566DEST_PATH_IMAGE007
前后对称。
9、计算对称模型的中心轴线
Figure 901932DEST_PATH_IMAGE008
，即拟合平面
Figure 806041DEST_PATH_IMAGE001
与对称平面
Figure 727336DEST_PATH_IMAGE007
的交线。中心轴线可用于对3D模型进行旋转建模。
10、对于长度较长的物体的3D模型，第一次框选位置位于一端端部位置，完成后再进行第二次框选，位置位于另一端端部，仍然应该选取对称性最好的部分，得到两个拟合平面，最后计算两个拟合平面的对称面，即对称平面
Figure 488750DEST_PATH_IMAGE007
。实现降低模型两头过远导致的过高拟合误差。
上述方法既包括对选择的对称拟合数据相对于拟合平面
Figure 266825DEST_PATH_IMAGE001
与对称平面
Figure 799176DEST_PATH_IMAGE007
整体进行对称性最优化，又包括考虑拟合平面
Figure 464774DEST_PATH_IMAGE002
与拟合数据相交的截面曲线进行对称性最优化拟合的方法。整体进行对称性最优化是指标准的三维几何体最优化拟合。
另外，上述对称拟合的算法过程可以先建立拟合平面
Figure 812186DEST_PATH_IMAGE002
，再建立拟合平面
Figure 967355DEST_PATH_IMAGE001
，也可以实现对称平面
Figure 908372DEST_PATH_IMAGE007
的计算结果。
下面通过一个实例对本发明进行说明。
1、参见附图2,扫描完成的洗面奶容器3D模型，缺失外侧一小半模型数据。
2、参见附图3,将3D模型调整至正视图位置。
3、参见附图4,框选3D模型右侧对称性强的位置区域3D模型数据；
4、参见附图5,通过步骤3至步骤7实现对称平面的生成。
5、参见附图6,将对称平面外侧的数据删除后，通过镜像生成完整的洗面奶容器3D模型。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种对称物体3D模型的对称拟合方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将对称物体的3D模型调整至接近正视图状态；
（2）框选3D模型中对称的拟合数据；
（3）建立正视图视面垂直的拟合平面
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，拟合平面
Figure 579451DEST_PATH_IMAGE001
经过3D模型的预判对称轴；
（4）调整拟合平面
Figure 821076DEST_PATH_IMAGE001
，使拟合平面
Figure 378091DEST_PATH_IMAGE001
两侧的拟合数据对称度最高；
（5）根据拟合平面
Figure 21562DEST_PATH_IMAGE001
的调整量，调整正视图视面，使两者垂直；
（6）建立垂直于拟合平面
Figure 887887DEST_PATH_IMAGE001
及正视图视面的拟合平面
Figure 616808DEST_PATH_IMAGE002
；
（7）平移拟合平面
Figure 226781DEST_PATH_IMAGE002
，使拟合平面
Figure 724759DEST_PATH_IMAGE002
截取拟合数据，得到拟合平面
Figure 27564DEST_PATH_IMAGE002
上的截面曲线，计算截面曲线的型心
Figure DEST_PATH_IMAGE003
（8）多次平移拟合平面
Figure 260093DEST_PATH_IMAGE002
，得到一系列型心
Figure 142599DEST_PATH_IMAGE004
，并计算它们的中心点
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；
（9）正视图视面移动至中心点
Figure 26241DEST_PATH_IMAGE005
，得到初始平面
Figure 499948DEST_PATH_IMAGE006
；
（10）对初始平面
Figure DEST_PATH_IMAGE007
外侧的3D模型进行对称匹配，得到对称平面
Figure 469041DEST_PATH_IMAGE008
，
所述对称平面
Figure DEST_PATH_IMAGE002
就是对3D模型进行镜像或翻转用的对称面，将对称面外侧的部分数据删除，将内侧的数据相对于对称面进行镜像或翻转，就可得到完整的3D模型。
2.根据权利要求1所述的对称物体3D模型的对称拟合方法，其特征在于：所述步骤（2）中，调整选择框的大小，使选择框的宽度小于对称物体的厚度。
3.根据权利要求1所述的对称物体3D模型的对称拟合方法，其特征在于：还包括步骤：
（11）得到拟合平面
Figure 889658DEST_PATH_IMAGE001
与对称平面
Figure 641189DEST_PATH_IMAGE008
的交线，作为3D模型的中心轴线
Figure DEST_PATH_IMAGE009
。
4.根据权利要求1所述的对称物体3D模型的对称拟合方法，其特征在于：重复两次步骤（2）至（10），第一次，步骤（2）中框选位置位于3D模型靠近一端端部，得到第一对称平面，第二次，步骤（2）中框选位于3D模型靠近另一端端部，得到第二对称平面，求出第一对称平面和第二对称平面的对称面，作为3D模型的对称平面
Figure 348113DEST_PATH_IMAGE008
。
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