图形化平面数据分析系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种图形数据处理系统及方法，特别是关于一种高精度图形化平面数 据分析系统及方法。
【背景技术】
[0002] 精度问题一直都是加工制作业的核心问题之一，产品的精度关系到产品的质量、 安全等核心要素。当加工完产品之后，很难对产品精度有一个详细的了解，即使对产品扫 描，得到的也只是点云数据，不利于数据的分析，而且得到的信息较少，不直观，不易理解。 在许多的CAD系统中，并没有专门的系统来分析点云的精度，许多系统都只是对点云进行 了最基础的处理即计算出了平面度信息。对许多高精度的行业来说，简单的平面度信息远 远不够，无法精确、详细的了解产品的精度信息。在市面上已经发行的CAD系统中，点云处 理的算法精度不够高，且功能简单，只能提供一些最基本的点云信息，也只能对一些基本的 图形进行处理，对一些结构复杂、不规则的图形无法进行处理。
【发明内容】
[0003] 鉴于以上内容，有必要提供一种图形化平面数据分析系统及方法，能够通过对点 云数据分析及处理来产生高精度的点云精度分析报告。
[0004] 所述的图形化平面数据分析系统运行于计算机装置中，该计算机装置连接有数据 库。所述的图形化平面数据分析系统包括：点云网格化模块，用于从资料库中获取点云文 件，从该点云文件中解析出点云数据，并将点云数据进行三角网格化；平面拟合模块，用于 根据三角网格化后的点云数据拟合出一个平面，并计算该拟合平面的法向量；距离计算模 块，用于计算三角网格化后的每一个三角形到拟合平面的距离；法向量计算模块，用于计算 三角网格化后的每一个三角形的法向量，以及判断每一个三角形法向量与拟合平面法向量 的夹角是否小于90度；颜色标注模块，用于将所有夹角小于90度的不同三角形标注成不同 的颜色以表不不同的点云精度；报告生成模块，用于产生一份表不点云精度的彩色点云分 布图像报告，以及产生一份表不点云相关信息和精度的点云信息报告。
[0005] 所述的图形化平面数据分析方法应用于计算机装置中，该计算机装置连接有数据 库。该方法包括步骤：从资料库中获取点云文件，从该点云文件中解析出点云数据，并将点 云数据进行三角网格化；根据三角网格化后的点云数据拟合出一个平面，并计算该拟合平 面的法向量；计算三角网格化后的每一个三角形到拟合平面的距离；计算三角网格化后的 每一个三角形的法向量；判断每一个三角形法向量与拟合平面法向量的夹角是否小于90 度；将所有夹角小于90度的不同三角形标注成不同的颜色以表示不同的点云精度；产生一 份表不点云精度的彩色点云分布图像报告，以及产生一份表不点云相关信息和精度的点云 信息报告。
[0006] 相较于现有技术，本发明所述的图形化平面数据分析系统及方法能够通过对点云 数据的分析处理利用高精度的拟合算法拟合出一个高精度的平面，并通过对点云数据的计 算及处理后产生详细的点云精度分析报告。其中，点云精度分布图像报告可以用不同颜色 表示不同的点云精度，其简单、直观，可以很容易的了解产品的精度情况，从而方便对产品 的生产进行校正，而点云信息报告则可以对点云的一些关键数据进行详细说明。
【附图说明】
[0007] 图1是本发明图形化平面数据分析系统较佳实施例的运行环境示意图。
[0008] 图2是本发明图形化平面数据分析方法较佳实施例的流程图。
[0009] 图3是一种点云文件的示意图。
[0010] 图4是一种将点75Γ进行二角网格化的不意图。
[0011] 图5是一种利用颜色条将符合条件的网格化三角形进行颜色标注的示意图。
[0012] 图6是一种表不点云相关信息和精度的点云信息报告的不意图。
[0013] 主要元件符号说明
[0014] 计算机装置 1
[0015] 图形化平面数据分析系统 10
[0016] 点云网格化模块 101
[0017] 平面拟合模块 102
[0018] 距离计算模块 103
[0019] 法向量计算模块 104
[0020] 颜色标注模块 105
[0021] 报告生成模块 106
[0022] 存储设备 11
[0023] 处理器 12
[0024] 显示设备 13
[0025] 数据库 2
【具体实施方式】
[0026] 参阅图1所示，是本发明图形化平面数据分析系统较佳实施例的运行环境示意 图。在本实施例中，所述的图形化平面数据分析系统10安装并运行于计算机装置1中，该 计算机装置1还包括，但不仅限于，存储设备11、处理器12及显示设备13。该计算机装置 1安装有操作系统（例如Windows操作系统或Linux操作系统）以及各种应用系统（例 如CAD图形处理软件）。所述的计算机装置1可以为一种个人计算机（PC)、工作站计算机 (Workstation computer)、笔记本计算机（Notebook)、服务器（Server)或者其他电子计算 装置。
[0027] 在本实施例中，所述的计算机装置1连接有数据库2,该连接可以利用本地数据线 (例如Cable数据线）连接，也可以是网络（例如WAN或者LAN网络）连接。所述的数据库 2存储有目标物件（例如电子产品）的点云文件，如图3所示，所述的点云文件为一个解析 成空间坐标的数据文件，该点云数据可以由扫描设备（图1中未示出）对目标物件进行扫 描（例如激光扫描）来获取目标物件的点云数据，并将扫描得到的点云数据存储到数据库 2形成目标物件的点云文件。
[0028] 所述的存储设备11包括，但不仅限于，内存、硬盘以及外部存储设备等。所述的处 理器12包括，但不仅限于，中央处理器（CPU)、微处理器或其它数据处理机等。所述的显示 设备13用于显示目标物件的点云点云精度的彩色点云图像报告，以及显示目标物件的点 云相关信息和精度的点云信息报告。
[0029] 在本实施例中，所述的图形化平面数据分析系统10包括，但不仅限于，点云网格 化模块101、平面拟合模块102、距离计算模块103、法向量计算模块104、颜色标注模块105 及报告生成模块106。本发明所称的功能模块是指一种能够被计算机装置1的处理器12所 执行并且能够完成固定功能的一系列程序指令段，其存储于计算机装置1的存储设备11 中。关于各功能模块101-106将在图2的流程图中作详细描述。
[0030] 参阅图2所示，是本发明图形化平面数据分析方法较佳实施例的流程图。在本实 施例中，该方法应用于计算机装置1中，通过对点云数据的分析，利用高精度的拟合算法拟 合出一个高精度的平面，通过对点云数据的计算及处理，并产生详细的点云精度分析报告。
[0031] 步骤S21，点云网格化模块101从资料库2中导入点云文件，从该点云文件中解析 出点云数据，并将点云数据进行三角网格化。如图3所示，点云文件中的数据就是点云中每 个点所对应的空间点坐标，点云网格化模块101通过解析点云文件获取这些点云数据，并 保存在存储设备11中。在本实施例中，所述的点云三角网格化即为将空间不在一条直线上 的点云中的三点联线来构成三角形的过程。如图4所示，点云A中的点并不是任意不在一 条直线上的三点联线都行，点云三点构成的三角形的外接圆内不能有点云其他点的存在， 只有符合这个条件的三角形才进行点云三角网格化。在本实施例中，所述的点云网格化模 块101根据点云中三点构成的三角形的外接圆内不能存在其它点（例如第四点）的原则将 点云三角网格化产生三角形网格B。
[0032] 步骤S22,平面拟合模块102获取三角网格化后的点云数据，利用拟牛顿迭代算 法拟合出一个平面，并计算该拟合平面的法向量。在本实施例中，网格化后的点云数据主 要分为两部分，一部分为点云的点数据，主要为点的坐标数据；另一部分为三角网格化的三 角形数据。所述的平面拟合模块102根据最小二乘法对点云数据拟合成一个初始平面，其 表示为Plane (c, v)，其中，c表示包括c. X、c. y及c. z。其中c. X为所有点的X坐标平均 值，c. y为所有点的y坐标平均值，c. z为所有点的z坐标平均值。所述的平面拟合模块 102再根据拟牛顿算法对数据进行精迭代得到实际旋转工作面的法平面Planel (cl，vl)， 根据最小二乘法迭代当前点云相对虚拟平面的最佳位置，所有点到该虚拟平面的距离 平方和的平均最小值，即为该拟合平面的法向量，用拟牛顿解非线形方程式表示如下
其中XI、Yl、Z1为每个点在实际坐 标系的坐标，X2、Y2、Z2为为每个点在在虚拟平面坐标的坐标，η为点