2015-09-02一种不同软件协同建模的几何比对方法v02

1、发明专利申请发明名称：一种不同软件协同建模的儿何比对方法摘要：设计师使用不同软件协同建模时，迭代过程中通常使用手工记录模型变更。 该方式一方面难以避免漏记、错记，另一方面无法察觉关联尺寸等非直接变更导 致的更改，这样生成的变更信息用于指导生成制造，势必影响整个产品质量。针 对这种情况，本发明研究了如何快速比较两个模型的儿何差异：首先，通过等步 长采点获取两个模型的点云数据；然后，利用主元分析法计算两个点云的特征向 量从而获取点云的参考坐标系，计算两个点云参考坐标系的坐标变换，将两个点 云调整到一致，即可实现点云的初始配准；最后，利用最近点迭代法对两个点云 进行精确配准，记录配准后两个点云中的非

2、重叠区域，可获取两个点云的儿何差 异区域。权利要求书：一种不同软件协同建模的兀何比较方法，其特征在于：可用于比较相同或者不同CAD软件创建的两个模型，所述CAD软件包括 Pio/E、UG、CATIA、Solidworks 等；将两个模型点云的差异区域作为两个模型的儿何差异，展现儿何信息的增加、 修改和删除。权利要求1所述不同软件协同建模的凡何比较方法，其特征在于，可以通过 主元分析来得到模型点云的参考坐标系，从而对模型进行姿态对齐，对齐处 理包括平移、旋转，不包括缩放。权利要求2所述不同软件协同建模的凡何比较方法，其特征在于，所述模型 点云获取方法是等步长采点的方法，采点对象是模型的所有面。权

3、利要求3所述不同软件协同建模的凡何比较方法，其特征在于，获取模型 所有面信息的方法有两种，一是直接通过模型所属CAD软件的二次开发接 口获取；二是在模型所屈CAD软件未提供二次开发接口的情况下，将模型 文件转换成step格式，再按step标准获取模型儿何信息。权利要求2不同软件协同建模的凡何比较方法，其特征在于，所述模型点云 姿态对其后，运用点到点的最近点迭代法（ICP算法）进行精确配准。权利要求5所述不同软件协同建模的凡何比较方法，其特征在于，记录精确 配准之后的两个点云距离在容差之外的点，并应用OpenGL显示库，将原三 维模型和记录的差异区域分别显示出来。说明书:一种不同软件协同建模的几

4、何比对方法技术领域本发明涉及三维CAD领域，尤其涉及基于异构平台的三维模型设计。背景技术目前设计师在进行三维模型设计通常采用“先改后记”和“边改边记”的方 式，由于设计师习惯不同且工作量非常大，所以在实际设计过程中也暴露了以下 儿个问题：难以避免漏记、错记，对一些关联变更无法估计。尤其是在更改信息量 较多的大模型时，效率问题更加明显。虽然一些主流CAD软件(如Pro/E)提 供了零件级的儿何比较，但比较方式较为简单。如果儿何完全相同的两个模型位 置不同，Pro/E的凡何比较会认为两个模型儿何不同。所以Pro/E提供的儿何比 对无法满足设计者的需求。因为设计师记录更改的方式是手工记录，所以工艺人

5、员无法快速在模型 上找到关联的更改点，且容易遗漏，需要大量时间与设计部门交流确认，严重影 响工作效率。发明内容本发明的目的在于提供一种不同软件协同建模的凡何比较方法，并能用于目 前主流 CAD 模型，如 Pro/E UG、CATIA、Solidworks 等模型。本发明的技术方案如下：一种不同软件协同建模的儿何比较方法，具体包括：读取模型的儿何拓扑信息；模型的凡何拓扑信息中有模型所有凡何面信息，通过等步长的面上采点法可 以获取每个凡何面的点云数据，从而分别构成两个模型的点云数据；通过主元分析法将两个模型的姿态对齐，对齐处理包括平移、旋转，不包括 缩放；在对齐姿态下，通过点到点的最近点迭代法对两

6、个模型点云进行精确配准;配准后，记录两个模型点云中不匹配的点，并将不匹配的点作为差异显示出 来。所述的不同软件协同建模的儿何比对方法，其中，所述获取模型儿何拓扑信 息的方法有两种，一是直接通过模型所属CAD软件的二次开发接口获取；二是 在模型所属CAD软件未提供二次开发接口的情况下，将模型文件转换成step格 式，再按step标准获取模型儿何信息。所述的不同软件协同建模的儿何比对方法，其中，所述对齐模型的处理是采 用主元分析寻找模型的三个主轴，原心是点云重心，通过平移和旋转将两个模型 点云的原心和三个主轴调整到一致，达到初始配准的效果。所述的不同软件协同建模的儿何比对方法，其中，所述精确配准后

7、的差异显 示应用了 OpenGL的显示库，先将两个原始模型显示出来，然后在两个原始模型 上对存在差异的点云区域涂色。附图说明图la是两个儿何不同的模型。图lb是初始配准后的两个模型，为方便查看，只显示旋转对齐，未显示平 移对齐。图lc是精确配准后的两个模型差异显示效果。图2是本发明的方法流程图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，一下参照附图并举例 对本发明进一步详细说明。本发明提出的不同软件协同建模的儿何比较方法，主要是找出两个三维模型 的儿何差异。参见图2,本发明的具体方法包括：首先，要获取两个三维模型的凡何拓扑信息，方法有两种，一是直接通过模 型所属CAD软件的二

8、次开发接口获取；二是在模型所属CAD软件未提供二次 开发接口的情况下，将模型文件转换成step格式，再按step标准读取模型step 文件中的儿何信息。然后，等步长对模型所有面进行采点，获取的点集作为模型点云数据。获取到点云数据后，利用点云数据构造协方差矩阵，然后使用Jacobi方法计 算协方差矩阵的特征值和特征向量，求得的三个特征向量构成模型点云的参考坐 标系。通过计算点云中所有点坐标的算术平均数获取点云重心坐标，将点云重心 作为参考坐标系原心。将两个点云的参考坐标系调整到一致，即可达到两个点云的初始配准，参见 图lb,为方便查看，图中只显示了两个参考坐标系的旋转对齐，未显示平移对 齐。完成

9、初始配准后，继续对两个模型点云进行精确配准，设两个模型点云数据 如下：S = (PilPi e R3,i= 1,2,s2 = (q)|qj e R,j = 1,2, .,n,运用点到点的最近点迭代法进行精确配准的主要步骤如下：步骤1：若PrESi，计算点云数据中的对应点qt e s2,使|qt - Pkll T min。这一步计算代价较大，以点集方式配准时，算法复杂度为0 (MN)；步骤2：采用最优化解析方法计算旋转变换Ri和平移变换Ti，使得|Riqt + Ti-qkl| Tmin；步骤3：利用Ri和Ti对Si进行变换，得到经过坐标转换后的点云Trans(SD ；步骤4：当最小二乘误差小于事先给定的阈值t(T 0),即dk - dk+1 V T时， 迭代终止。精确配准后的两个模型的点云会重叠在一起，记录不重叠的点作为儿何差异 显示出来，参见图lc。本发明的基本原理是通过儿何配准去除