专利名称：工程图纸三维重构及可视化方法
技术领域：
本发明涉及工程图纸三维重构及可视化技术领域，特别是ー种工程图纸三维重构及可视化方法。
背景技术：
在如今的制造业中，CAD/CAM技术得到越来越广泛的应用，在三维空间中观察三维实体(即在计算机中的三维建模)会有一个真实的形状与构造的感觉，它有助于形成设计概念，从而利于设计决策；通过三维实体也有助干与不熟悉平面图、断面图、基本视图的人交流设计思想；此外，三维实体不仅具有完整的 几何、拓扑信息，而且操作、修改也直观明了，便于物体的物性计算分析，如有限元分析处理和机构装配干涉检查等。因此，如何利用和借鉴现有的工程图，快速更新设计，是ー个厄待解决的问题。通过设计完成的图纸进行预处理、数据判读、归类分析，综合计算，最終形成ー个完整的三维重构实体。三维重构的大致步骤如下图纸预处理、图纸判读、几何信息提取、冗余消除以及拓扑关系重构。目前基于工程图纸的三维重构，根据采用的形体表示方法，大致分为两类面向体(volume-oriented)的重建方法和面向线框(wireframe-or iented)的重构方法。面向体的重建方法是假设空间形体由ー些基元体构成，由ニ维视图构建相应的三维基元体，通过各种变换运算和布尔运算组合基元体，形成CSG表示的三维形体。根据具体的构造基元体的策略，面向体的重建方法又可分为基于模型引导的重建方法和基于体切削的重建方法。面向线框的重建方法是采用自底向上、分层构造策略，依据视图中几何元素的投影关系和求解规则，直接由ニ維信息构造三維信息。多面体与曲面体具有不同的投影特性。根据孙发的适用范围，面向线框的重建方法又可分为针对多面体的重建方法和针对曲面体的重建方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决XML及DXF格式的工程图纸识别和三维重构及可视化的方法。为解决上述技术问题，本发明工程图纸三维重构及可视化方法，包括如下步骤SI，图纸预处理；S2，DXF文件解析识别；S3，三维重构基础数据修正；S4，三维形体重构并显
/Jn ο所述图纸预处理包括如下步骤S1. 1，捜索XML文件，进行图元数据提取；S1. 2，按照图元类型进行分类；si. 3，将提取到的每类图元按照DXF图元的构建參数进行重构；
SI.4，将去除了标注和文本的DXF图元数据集输出保存为中间交换DXF文件。所述DXF文件解析识别包括如下步骤S2. 1，遍历DXF结构，重点提取出ENTITIES段中的图元对象；S2. 2，根据对象类型进行数组归类和辅助參数的计算；S2. 3，利用投影区间算法进行视图投影类型的判断和图元对象的投影区间划分；S2. 4，根据图元对象所处的投影区间，进行三维坐标变换，得到三维重构基础数据。所述投影区间算法包括如下步骤S2. 3. 1，依据现有所有图元数据集參数，对X轴和Y轴分别进行投影；S2. 3. 2，用两数组分别记录下所有的X轴投影区间和Y轴投影区间；
S2.3. 3，对两数组分别进行区间循环合并，直至全为分离区间为止；S2. 3. 4，分别统计X轴和Y轴上的分离区间个数，即可判断该工程图纸投影类型；S2. 3. 5，根据Y投影区间ー的最大Y值和Y投影区间ニ的最小Y值，可以得到区间距离DIS，通过DIS/2点处做一条平行于X轴向的辅助线Tlx，然后根据X投影区间ニ最小值，沿X轴向原点平移DIS/2，通过该点做一条平行于Y轴向的辅助线Tly，则辅助线Tlx与Tly的交点即为视图新切分原点O ;S2. 3. 6，辅助线Tlx与Tly将整个图元区域划分为四个 区间，然后进行ニ维视图坐标变换；S2. 3. 7，利用改进的基于面向线框的重建算法，综合构建三維信息；S2. 3. 8，在获得各视图外轮廓图元链表PLV[. ··]，PLH[···]，PLW[···]及对应缺失维度拉伸值Wl的基础上，利用OpenGL渲染构建出三维实体。本发明工程图纸三维重构及可视化方法通过对图纸图元的预处理，以及对视图分离算法及面向线框的重建算法的改进，提高了图元提取的准确率和处理速度；同时通过改进的基于线框轮廓拉伸的三维重建算法，运行速度及重构结果的正确性有了较大提高，并能处理部分贯穿孔柱的图纸，最終为三维重建后的数据复用提供了较好的数据基础。
图I为本发明工程图纸三维重构及可视化方法三维重构处理流程图；图2为本发明工程图纸三维重构及可视化方法XML数据交换流程图；图3为本发明工程图纸三维重构及可视化方法DXF文件生成流程图；图4为本发明工程图纸三维重构及可视化方法DXF解析识别流程图；图5为本发明工程图纸三维重构及可视化方法三维重构基础数据生成流程图；图6为本发明工程图纸三维重构及可视化方法三维实体生成流程图；图7为本发明工程图纸三维重构及可视化方法图纸视图智能切分原理图；图8为本发明工程图纸三维重构及可视化方法实体边界表示原理图；图9为本发明工程图纸三维重构及可视化方法三维处理前的原始图纸；图10为本发明工程图纸三维重构及可视化方法去除三维重构不相关信息后的图纸；图11为本发明工程图纸三维重构及可视化方法三维重构后生成的线框模型；图12为本发明工程图纸三维重构及可视化方法根据线框模型渲染生成的实体模型；图13 图15为本发明工程图纸三维重构及可视化方法对各种图纸处理后的结果对比。
具体实施例方式下面结合附图对本发明工程图纸矢量化和图元语义提取方法作进ー步详细说明。如图I 图15所示,本发明工程图纸矢量化和图元语义提取方法,包括如下步骤SI，图纸预处理，对非DXF格式图纸矢量化得到的XML数据文件，根据XML文件数据结构规范进行数据预读，并按照DXF文件数据结构，生成中间交换DXF文件；具体分为SI. 1，捜索XML文件，进行图元数据提取在原始图纸中，存在与三维重构无关或者会影响三维重构结果的图元，因此需要把这部分图元预先剔除掉，最終結果保存至XML文件。SI. 2，按照图元类型进行分类对于矢量化格式保存的PDF文件图纸，可以利用GhostScript直接读取矢量化后的直线段图 元信息。同时，针对不同的线型，需要进行一定的处理以正确地记录箭头短线、实心圆点标注、实心箭头线等图元对应的矢量化数据，同时依据预处理模块提供的信息过滤外围边框线、标注文字线等信息。转换得到的图元信息，利用序列化技术，将对象的公共字段和私有字段以及类的名称(包括类所在的程序集)转换为字节流，保存至XML文件。对于DXF图纸，由于文件内部对图元已经存在标注，所以跳过。根据XML文件生成DXF文件按照DXF格式參考，将XML中保存的图元转换为对应的DXF描述图元。SI. 3，将提取到的每类图元按照DXF图元的构建參数进行重构读入XML文件后，利用反序列化技术，重新还原出原图纸中的图元对象，但由于反序列化后得到的几何图元信息有限，其參数可能不满足DXF格式需求，所以需要通过基本图元几何算法，计算出需求的几何信息，重新定义几何图元属性。SI. 4，将去除了标注和文本的DXF图元数据集输出保存为中间交换DXF文件DXF文件由规定的图形单元保留字和符号组成，包括实体命令和几何数据信息在内的数据文件。完整的DXF文件由六个段(SECTION)和结束待EOF组成。这六段分别为文件头段(HEADERSECT10N)、类段(CLASSSECT ION)、表段(TABLESECCTION)、块段(BL0CKSSECTΙ0Ν),实体段(ENTI TIESSECTI0N)和对象段(0BJECTSSECTI0N)。在此DXF生成模块中，重点关注的是实体段。实体段作用是记录了每个几何元索的名称、所在图层名、线型名、顔色号、基面高度、厚度以及有关的几何数据。其中实体类型有直线(LINE)、圆(CIRCLE)、圆弧(ARC)、椭圆(ELLIPSE)、多段线(P 0LVLINE)、多段线顶点(VERTEX)、NURBS曲线(SPLINE)、插入体(INSER T)、文本(TEXT)、尺寸(DMENSI0N)等几十种。图元实体信息存放着相应图元实体所必须含有的各种信息。根据以上要求，最终将原始图元对象转换为DXF描述图元对象并保存为DXF文件。S2，DXF文件解析识别多种格式的图纸信息转换生成的DXF数据文件，在此进行统ー的解析处理。首先完成图元的解析、分离、归类和对象化，保存至各自对应的图元对象数组内，然后基于这些图元对象数组，完成视图类型的判断和视图投影区间的划分，在完成划分后的投影区间内，对图元对象数组内的图元进行ニ维坐标到三维坐标的转换，最終完成三维基础数据的准备。解析识别基本步骤为S2. 1，遍历DXF结构，重点提取出ENTITIES段中的图元对象；S2. 2，根据对象类型进行数组归类和辅助參数的计算；S2. 3，利用投影区间算法进行视图投影类型的判断和图元对象的投影区间划分；
S2. 4，根据图元对象所处的投影区间，进行三维坐标变换，得到三维重构基础数据。S3，三维重构基础数据修正图纸信息在经过视图切分、绘图坐标-空间坐标变换后，得到了图元的三维基础信息，但该信息还不足以直接进行三维实体的构建，需要先进行三维数据整理，根据立体几何的一些检测算法，去除无效的数据，同时通过视图之间的关系，恢复出ー些因投影而损失的数据。具体为S3. I依据现有所有图元数据集參数，对X轴和Y轴分别进行投影；S3. 2用两数组分别记录下所有的X轴 投影区间和Y轴投影区间；S3. 3对两数组分别进行区间循环合并，直至全为分离区间为止；S3. 4分别统计X轴和Y轴上的分离区间个数，即可判断该工程图纸投影类型，表I
为投影类型判断表
X轴分离区间个数Y轴上的分离区间个数判断投影类型
~ 单视图
~2ニ视图(主视图+俯视图)
2 ニ视图(主视图+侧视图)
22三视图表IS3. 5，根据Y投影区间ー的最大Y值和Y投影区间ニ的最小Y值，可以得到区间距离DIS，通过DIS/2点处做一条平行于X轴向的辅助线Tlx，然后根据X投影区间ニ最小值，沿X轴向原点平移DIS/2，通过该点做一条平行于Y轴向的辅助线TIy，则辅助线TIX与TIy的交点即为视图新切分原点O ;S3. 6，所述S3. 5中，辅助线Tlx与Tly将整个图元区域划分为四个区间，然后进行ニ维视图坐标变换，步骤如下S3. 6. 1，按照所述S3. 4中所得投影类型，对主视图中所有图元先取得ニ维定位特征点，存于数组MT[···]；S3. 6. 2，对数组ΜΤ[·..]内所有特征点先做顺时针180°旋转变换，再按照所述
S3.5中所得新切分原点O做平移变换，得到主视元定位特征点新数组ΜΤΝ[...]；S3. 6. 3,由新数组MTN[...]更新对应图元ニ维定位特征点，生成以新切分原点O坐标系下的主视图投影图元数据集；S3. 6. 4，依据同样的方法，变换得出新俯视图及侧视图投影图元数据集。S3. 7，利用改进的基于面向线框的重建算法，综合构建三維信息，其步骤如下S3. 7. 1，所述S3. 6中，对得到的新主视图、新俯视图及新侧视图投影图元数据集进行三维坐标变换，得到三维基准数据，各视图处理算法如下主视图是立体在XOZ坐标面上的投影，将立体上的全部Y坐标变为0，而X，Z不变，可获得主视图，其变换矩阵为
权利要求
1.工程图纸三维重构及可视化方法，其特征在于，包括如下步骤 SI，图纸预处理； S2，DXF文件解析识别； S3，三维重构基础数据修正； S4,三维形体重构并显示。
2.根据权利要求I所述的工程图纸三维重构及可视化方法，其特征在于，所述图纸预处理包括如下步骤 SI. 1，搜索XML文件，进行图元数据提取； SI. 2，按照图元类型进行分类； SI. 3，将提取到的每类图元按照DXF图元的构建参数进行重构； 51.4，将去除了标注和文本的DXF图元数据集输出保存为中间交换DXF文件。
3.根据权利要求I所述的工程图纸三维重构及可视化方法，其特征在于，所述DXF文件解析识别包括如下步骤 52.1，遍历DXF结构，重点提取出ENTITIES段中的图元对象； S2. 2，根据对象类型进行数组归类和辅助参数的计算； S2. 3，利用投影区间算法进行视图投影类型的判断和图元对象的投影区间划分； S2. 4，根据图元对象所处的投影区间，进行三维坐标变换，得到三维重构基础数据。
4.根据权利要求3所述的工程图纸三维重构及可视化方法，其特征在于，所述投影区间算法包括如下步骤 S2. 3. 1，依据现有所有图元数据集参数，对X轴和Y轴分别进行投影； S2. 3. 2，用两数组分别记录下所有的X轴投影区间和Y轴投影区间； S2. 3. 3，对两数组分别进行区间循环合并，直至全为分离区间为止； S2. 3. 4，分别统计X轴和Y轴上的分离区间个数，即可判断该工程图纸投影类型； S2. 3. 5，根据Y投影区间一的最大Y值和Y投影区间二的最小Y值，可以得到区间距离DIS,通过DIS/2点处做一条平行于X轴向的辅助线Hx，然后根据X投影区间二最小值，沿X轴向原点平移DIS/2，通过该点做一条平行于Y轴向的辅助线TIy，则辅助线IlX与Ily的交点即为视图新切分原点O ; S2. 3. 6，辅助线Hx与Il y将整个图元区域划分为四个区间，然后进行二维视图坐标变换； S2. 3. 7，利用改进的基于面向线框的重建算法，综合构建三维信息； S2. 3. 8，在获得各视图外轮廓图元链表PLV[. ..]，PLH[...]，PLW[...]及对应缺失维度拉伸值Wl的基础上，利用openGL渲染构建出三维实体。
全文摘要
本发明涉及工程图纸三维重构及可视化技术领域，特别是一种工程图纸三维重构及可视化方法，包括如下步骤S1，图纸预处理；S2，DXF文件解析识别；S3，三维重构基础数据修正；S4，三维形体重构并显示。本发明工程图纸三维重构及可视化方法通过对图纸图元的预处理，以及对视图分离算法及面向线框的重建算法的改进，提高了图元提取的准确率和处理速度；同时通过改进的基于线框轮廓拉伸的三维重建算法，运行速度及重构结果的正确性有了较大提高，并能处理部分贯穿孔柱的图纸，最终为三维重建后的数据复用提供了较好的数据基础。
文档编号G06T19/00GK102855668SQ201210277309
公开日2013年1月2日 申请日期2012年8月6日 优先权日2012年8月6日
发明者华勇, 吴康宁, 赵亮, 陶余会 申请人:上海中和软件有限公司, 上海复旦复华科技股份有限公司