專利名稱：特征元素對齊方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對齊方法，尤其是一種特征元素對齊方法。
背景技術：
質(zhì)量是一個企業(yè)保持長久發(fā)展能力的重要因素之一，如何提高和保證產(chǎn)品質(zhì)量，是企業(yè) 活動中的重要內(nèi)容。為了提高和保證產(chǎn)品質(zhì)量，對產(chǎn)品零件實施驗證是必不可少的。同時， 日漸增多且急迫的驗證需求要求制造企業(yè)能夠快速、準確地實施零件驗證。
隨著計算機硬件性能的提高及價格的降低，計算機在對象驗證活動中的引入，大大提高 了驗證的速度和準確性。CAV (Computer-Aided Verification,計算機輔助驗證)技術是使 用激光等掃描系統(tǒng)采集待受測對象的3D資料，運用工程設計分析軟件加以建模及分析，對比 3D CAD (Computer-Aided Design)模型與點云這兩個對象之間的偏差，并將所測偏差圖形 化顯示。
目前，在利用CAV技術進行對象驗證時，其應用的對齊方法主要是最佳對齊方法。所述 最佳對齊是指通過移動、旋轉(zhuǎn)等操作，使上述兩個對象特征相似的地方盡量貼近。
然而，上述的最佳對齊方法只能進行整體對象的對齊，如果用戶只需要對齊對象的某一 特定位置或者基于某一特征元素進行對象的整體對齊，該最佳對齊方法是做不到的。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上內(nèi)容，因此有必要提供一種特征元素對齊方法，其可以對齊對象的某一特定位 置或者基于某一特征元素進行對象的整體對齊。
一種特征元素對齊方法，該方法包括(a)創(chuàng)建參考對象的多個特征元素；(b)通過 該參考對象的多個特征元素創(chuàng)建一個參考坐標系；(c)創(chuàng)建移動對象的多個特征元素；( d)通過該移動對象的多個特征元素創(chuàng)建一個移動坐標系；(e)根據(jù)上述的參考坐標系及移 動坐標系構造一個相對坐標系，并通過該相對坐標系計算一個操作矩陣；及(f)通過該操 作矩陣使移動對象與參考對象對齊。
利用本發(fā)明，可以快速方便地利用對象的特征元素實現(xiàn)兩個對象的某一特定位置或者整 體的對齊。


圖l是本發(fā)明特征元素對齊方法較佳實施例的作業(yè)流程圖。圖2是圖1中步驟S03或者S05建立參考坐標系或者移動坐標系的具體流程圖。 圖3是圖2中步驟S 11獲得坐標系的Z軸向量的具體流程圖。 圖4是圖2中步驟S12獲得坐標系的X軸向量的具體流程圖。 圖5是圖2中步驟S13獲得坐標系的坐標原點的具體流程圖。
圖6是圖1中步驟S06根據(jù)參考坐標系及移動坐標系構造相對坐標系，并通過該相對坐標
系計算一個操作矩陣的具體流程圖。
圖7是本發(fā)明較佳實施例中相對坐標系的示意圖。
具體實施例方式
參閱圖1所示，是本發(fā)明特征元素對齊方法較佳實施例的作業(yè)流程圖。
步驟SOl，從一個數(shù)據(jù)庫或者其他存儲單元中接收兩個需要進行對齊操作的對象，該兩
個對象可以分別稱為參考對象及移動對象。其中，所述對象可以是點云，標準圖檔、曲面及
聚合面等三維圖檔。
步驟S02，創(chuàng)建參考對象的多個特征元素。其中，該特征元素可以為線、面、圓及球等 ;所述創(chuàng)建特征元素是指在一個點云或者標準圖檔等對象中創(chuàng)建線、面等元素。
步驟S03，通過該參考對象的多個特征元素創(chuàng)建一個參考坐標系(具體步驟將在圖2中詳 細描述)。
步驟S04，創(chuàng)建移動對象的多個特征元素。如上所述，該特征元素可以為線、面、圓及 球等；所述創(chuàng)建特征元素是指在一個點云或者標準圖檔等對象中創(chuàng)建線、面等元素。
步驟S05，通過該移動對象的多個特征元素創(chuàng)建一個移動坐標系(具體步驟將在圖2中詳 細描述)。
步驟S06，根據(jù)上述的參考坐標系及移動坐標系構造一個相對坐標系，并通過該相對坐 標系計算一個操作矩陣(具體步驟將在圖6中詳細描述)。
步驟S07，通過該操作矩陣使移動對象與參考對象對齊，即將移動對象在該相對坐標系 下的每個點的坐標值乘以該操作矩陣，得到該移動對象在該相對坐標系下的新的坐標值，完 成移動對象與參考對象的對齊操作。
參閱圖2所示，是圖1中步驟S03或者S05建立參考坐標系或者移動坐標系的具體流程圖。
步驟Sll，獲得參考坐標系或者移動坐標系的Z軸向量(具體步驟將在圖3中詳細描述)
步驟S12，獲得參考坐標系或者移動坐標系的X軸向量(具體步驟將在圖4中詳細描述)
7步驟S13，獲得參考坐標系或者移動坐標系的坐標原點(具體步驟將在圖5中詳細描述)步驟S14，根據(jù)上述的Z軸向量、X軸向量及坐標原點創(chuàng)建參考坐標系或者移動坐標系。 其中，Z軸向量的方向即為坐標系的Z軸方向；X軸向量的方向即為坐標系的X軸方向；Z軸與 X軸所確定平面的向量方向為坐標系的Y軸方向。這里需要說明的是，上述流程中所述的先獲得坐標系的Z軸向量，再獲得坐標系的X軸向 量及最后獲得坐標系的坐標原點，只是本發(fā)明的一個較佳實施例。根據(jù)實際需要也可以先獲 得坐標系的Z軸向量，再獲得坐標系的Y軸向量及最后獲得坐標系的坐標原點，或者先獲得坐 標系的X軸向量，再獲得坐標系的Z軸向量及最后獲得坐標系的坐標原點等，而不應該完全局 限于上述的實施例。參閱圖3所示，是圖2中步驟S11獲得坐標系的Z軸向量的具體流程圖。步驟S21，選擇一個第一特征元素。步驟S22，判斷該第一特征元素是否為面元素。若該第一特征元素不是面元素，則返回 步驟S21，重新選擇第一特征元素。若該第一特征元素是面元素，則步驟S23，得到該面元素的向量。步驟S24，根據(jù)需要判斷該向量的方向是否需要取反。向量的方向可以包括向里或者向 外。當該面元素的向量方向為向里時，為了使該向量能夠顯示在顯示界面(如計算機的顯示 屏幕)上，可以將該向量的方向取反，使其方向為向外。當不需要取反時，直接進入步驟S26。當需要將向量的方向取反時，則在步驟S25中，將該向量的方向取反。 步驟S26，得到坐標系(參考坐標系或者移動坐標系)的Z軸向量。其中，所述坐標系的 Z軸向量即上述的面元素的向量。參閱圖4所示，是圖2中步驟S 12獲得坐標系的X軸向量的具體流程圖。 步驟S31，選擇一個第二特征元素。步驟S32，判斷該第二特征元素是否為面元素。若該第二特征元素是面元素，則進入步 驟S34。若該第二特征元素不是面元素，則步驟S33，判斷該第二特征元素是否為線元素。若該 第二特征元素是線元素，則進入步驟S34。若第二特征元素也不是線元素，則返回步驟S31，重新選擇第二特征元素。 若該第二特征元素是面元素或者線元素，則步驟S34，得到該特征元素(面元素或者線元素)的向量。步驟S35，判斷該向量是否與上述在圖3中得到的坐標系的Z軸向量平行。當該向量與坐 標系的Z軸向量平行時，返回步驟S31，重新選擇第二特征元素。當該向量與坐標系的Z軸向量不平行時，步驟S36，將該向量投影到與坐標系Z軸向量垂 直的任意一平面上，得到一個投影向量。步驟S37，判斷該投影向量的方向是否取反。當不需要將該投影向量的方向取反時，進 入步驟S39。若需要將該投影向量的方向取反，則步驟S38，將該投影向量的方向取反。 步驟S39，得到坐標系(參考坐標系或者移動坐標系)的X軸向量。其中，所述坐標系的 X軸向量即上述的投影向量。參閱圖5所示，是圖2中步驟S 13獲得坐標系的坐標原點的具體流程圖。 步驟S40，選擇一個第三特征元素。步驟S41，判斷該第三特征元素是否為面元素。若該第三特征不是面元素，則進入步驟S47。若該第三特征元素是面元素，則步驟S42，判斷圖4中的第二特征元素是否為面元素。若 所述的第二特征元素不是面元素，則返回步驟S40，重新選擇第三特征元素。若所述的第二特征元素是面元素，則步驟S43，求出第一特征元素與第二特征元素的交 線。如圖3中所示，第一特征元素一定為面元素，因此，該第一特征元素與第二特征元素的 交線為兩個面元素的交線。步驟S44，判斷該第三特征元素是否與上述交線相交。若不相交，則返回步驟S40，重新 選擇第三特征元素。若該第三特征元素與上述交線相交，則步驟S45，得到該第三特征元素與交線的交點。步驟S46，得到坐標系(參考坐標系或者移動坐標系)的坐標原點。此時，上述的交點 即為坐標系的坐標原點。在步驟S41中，若判斷該第三特征元素不是面元素，則步驟S47，判斷該第三特征元素是 否為線元素。若該第三特征元素不是線元素，則進入步驟S49。若該第三特征元素是線元素，則步驟S48，得到該線元素的特征點，即該線元素的中點步驟S46，得到坐標系(參考坐標系或者移動坐標系)的坐標原點。此時，上述的線元 素的中點即為坐標系的坐標原點。在步驟S47中，若判斷該第三特征元素不是線元素，則步驟S49，判斷該第三特征元素是 否為球元素。若該第三特征元素不是球元素，則進入步驟S51。若該第三特征元素是球元素，則步驟S50，得到該球元素的特征點，即該球元素的球心步驟S46，得到坐標系(參考坐標系或者移動坐標系)的坐標原點。此時，上述的球元 素的球心即為坐標系的坐標原點。在步驟S49中，若判斷該第三特征元素不是球元素，則步驟S51，判斷該第三特征元素是 否為圓元素。若該第三特征元素不是圓元素，則返回步驟S40，重新選擇第三特征元素。若該第三特征元素是圓元素，則步驟S52，得到該圓元素的特征點，即該圓元素的圓心步驟S46，得到坐標系(參考坐標系或者移動坐標系)的坐標原點。此時，上述的圓元 素的圓心即為坐標系的坐標原點。這里需要說明的是，上述流程中各步驟的順序只是本發(fā)明的一個較佳實施例。例如，根 據(jù)實際需要可以先判斷第三特征元素是不是圓元素，在該第三特征元素不是圓元素的情況下 判斷該第三特征元素是不是球元素，在該第三特征元素也不是球元素的情況下再判斷該第三 特征元素是不是線元素，及在該第三特征元素也不是線元素的情況下再判斷該第三特征元素 是不是面元素。因此，上述流程中各步驟的順序不應該完全局限于上述的實施例。參閱圖6所示，是圖1中步驟S06根據(jù)參考坐標系及移動坐標系構造相對坐標系，并通過 該相對坐標系計算一個操作矩陣的具體流程圖。步驟S60，構建所述的相對坐標系。所述相對坐標系是指一個可以使參考坐標系及移動 坐標系之間建立起關聯(lián)的坐標系。以下以一個實施例對構建相對坐標系進行說明。參閱圖7所示，假設參考坐標系為a，移動坐標系為b，則構建的相對坐標系為c。其中， 相對坐標系c的坐標原點Oc位于參考坐標系a的X軸及移動坐標系b的Y軸上。假設相對坐標系 c的坐標原點Oc距離參考坐標系a的坐標原點Oref的距離為dl，相對坐標系c的坐標原點Oc距 離移動坐標系b的坐標原點0mov的距離為d2，則參考坐標系a上的點的坐標(A， B， C)在相 對坐標系c上為(A-dl， B， C)，移動坐標系b上的點的坐標(A、 B、 (T)在相對坐標系c 上為(A—， B—-d2， O 。步驟S61，得到參考坐標系a的坐標原點Oref (0， 0， 0)相對于上述相對坐標系c的坐標 值(Oxref， Oyref， Ozref)。步驟S62，得到參考坐標系a的X軸上的點Xref (1， 0， 0)相對于上述相對坐標系c的坐10標值(Xxref， Xyref， Xzref)。步驟S63，得到參考坐標系a的Y軸上的點Yref (0， 1， 0)相對于上述相對坐標系c的坐 標值(Yxref， Yyref， Yzref)。步驟S64，得到參考坐標系a的Z軸上的點Zref (0， 0， 1)相對于上述相對坐標系c的坐 標值(Zxref， Zyref， Zzref)。步驟S65，根據(jù)上述參考坐標系a中的四個點相對于相對坐標系c的四個坐標值得到一個 參考矩陣.C"x^/ Xx^e/ 7x^/ Zire/ Oyref 々 / 々廠e/ C^re/ J&re/ !^re/ ZzrefMatRef= L 111 1步驟S66，得到移動坐標系b的坐標原點Omov (0， 0， 0)相對于上述相對坐標系c的坐標值(Oxmov， Oymov， Ozmov)。步驟S67，得到移動坐標系b的X軸上的點Xmov (1， 0， 0)相對于上述相對坐標系c的坐標值(Xxmov， Xymov， Xzmov)。步驟S68，得到移動坐標系b的Y軸上的點Ymov (0， 1， 0)相對于上述相對坐標系c的坐標值(Yxmov， Yymov， Yzmov)。步驟S69，得到移動坐標系b的Z軸上的點Zmov (0， 0， 1)相對于上述相對坐標系c的坐標值(Zxmov， Zymov， Zzmov)。步驟S70，根據(jù)上述移動坐標系b中的四個點相對于相對坐標系c的四個坐標值得到一個移動矩陣， _ (9j:wj。v Jifi附。v K:附。v Zi附。vQym。v 々m。v Yym。v ^ym。vQzwj。v Xzm。vYzm。v Zzm。vMatMov= l步驟S71 ，將上述的參考矩陣及移動矩陣相乘得到所述的操作矩陣。本發(fā)明所提供的特征元素對齊方法，不僅可以實現(xiàn)點云和點云對齊，還可以實現(xiàn)點云和 標準圖檔、點云和曲面、點云和聚合面及聚合面與聚合面等通過空間上的三維特征進行對齊 ，同時本發(fā)明可以快速方便地利用對象的特征元素實現(xiàn)兩個對象的某一特定位置或者整體的 對齊。最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳 實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍。
權利要求
1.一種特征元素對齊方法，其特征在于，該方法包括(a)從數(shù)據(jù)庫接收兩個對象，該兩個對象分別稱為參考對象及移動對象；(b)創(chuàng)建參考對象的多個特征元素；(c)通過該參考對象的多個特征元素創(chuàng)建一個參考坐標系；(d)創(chuàng)建移動對象的多個特征元素；(e)通過該移動對象的多個特征元素創(chuàng)建一個移動坐標系；(f)根據(jù)上述的參考坐標系及移動坐標系構造一個相對坐標系，并通過該相對坐標系計算一個操作矩陣；及(g)通過該操作矩陣使移動對象與參考對象對齊。
2 如權利要求l所述的特征元素對齊方法，其特征在于，所述的對象 為點云及三維圖檔。
3 如權利要求l所述的特征元素對齊方法，其特征在于，所述的特征 元素為線、面、圓或者球中的一種或者幾種。
4 如權利要求l所述的特征元素對齊方法，其特征在于，所述步驟( c)及步驟(e)分別包括(hl)獲得坐標系的第一個軸的向量； (h2)獲得坐標系的另一個軸的向量； (h3)獲得坐標系的坐標原點；及(h4)根據(jù)上述的兩個軸的向量及坐標原點創(chuàng)建該坐標系。
5 如權利要求4所述的特征元素對齊方法，其特征在于，所述的兩個 軸的向量為Z軸向量與X軸向量、Z軸向量與Y軸向量、或者X軸向量與Y軸向量。
6 如權利要求4所述的特征元素對齊方法，其特征在于，所述步驟(hl)包括(hll)選擇一個第一特征元素；(hl2)判斷該第一特征元素是否為面元素；(hl3)若該第一特征元素不是面元素，則返回步驟(hll); (hl4)若該第一特征元素是面元素，則得到該面元素的向量； (hl5)根據(jù)實際情況將該向量的方向取反；及(h 16)根據(jù)該面元素的向量獲得坐標系的第一個軸的向量。
7 如權利要求6所述的特征元素對齊方法，其特征在于，所述步驟(h2)包括(h21)選擇一個第二特征元素；(h22)判斷該第二特征元素是否為面元素；(h23)若該第二特征元素是面元素，則直接進入步驟(h27); (h24)若該第二特征元素不是面元素，則判斷該第二特征元素是否為線元素； (h25)若該第二特征元素是線元素，則直接進入步驟(h27); (h26)若第二特征元素不是面元素也不是線元素，則返回步驟(h21); (h27)若該第二特征元素是面元素或者線元素，則得到該第二特征元素的向量； (h28)判斷該向量是否與上述的第一個軸的向量平行； (h29)當該向量與坐標系的第一個軸的向量平行時，返回步驟(h21); (h30)當該向量與坐標系的第一個軸的向量不平行時，將該向量投影到與坐標系第一 個軸的向量垂直的任意一平面上，得到一個投影向量；(h30)根據(jù)實際情況將該投影向量的方向取反；及 (h31)根據(jù)該投影向量得到坐標系的另 一個軸的向量。
8 如權利要求7所述的特征元素對齊方法，其特征在于，所述步驟(h3)包括(h32)選擇一個第三特征元素；(h33)判斷該第三特征元素是否為面元素；(h34)若該第三特征元素是面元素，則判斷上述的第二特征元素是否為面元素； (h35)若所述的第二特征元素不是面元素，則返回步驟(h32);(h36)若所述的第二特征元素是面元素，則求出第一特征元素與第二特征元素的交線(h37)判斷該第三特征元素是否與上述交線相交，若不相交，則返回步驟(h32); (h38)若該第三特征元素與上述交線相交，則得到該第三特征元素與交線的交點；(h39)得到坐標系的坐標原點，其中上述的交點即為該坐標系的坐標原點； (h40)若步驟(h33)判斷的結果為第三特征元素不是面元素，則得到該第三特征元 素的特征點；及(h41)得到坐標系的坐標原點，其中上述的特征點即為坐標系的坐標原點。
9.如權利要求8所述的特征元素對齊方法，其特征在于，若所述的第 三特征元素為線元素，則所述的特征點為該線元素的中點；若所述的第三特征元素為球元素 ，則所述的特征點為該球元素的球心；若所述的第三特征元素為圓元素，則所述的特征點為 該圓元素的圓心。
10.如權利要求l所述的特征元素對齊方法，其特征在于，所述步驟(f)包括構建所述的相對坐標系；得到參考坐標系的坐標原點Oref (0， 0， 0)相對于上述相對坐標系的坐標值(Oxref ，Oyref， Ozref);得到參考坐標系的X軸上的點Xref (1， 0， 0)相對于上述相對坐標系的坐標值( Xxref， Xyref， Xzref);得到參考坐標系的Y軸上的點Yref (0， 1， 0)相對于上述相對坐標系的坐標值( Yxref， Yyref， Yzref);得到參考坐標系的Z軸上的點Zref (0， 0， 1)相對于上述相對坐標系的坐標值( Zxref， Zyref， Zzref);根據(jù)上述參考坐標系中的四個點相對于相對坐標系的四個坐標值得到一個參考矩陣；得到移動坐標系的坐標原點Omov (0， 0， 0)相對于上述相對坐標系的坐標值(Oxmov ，Oymov， Ozmov);得到移動坐標系的X軸上的點Xmov (1， 0， 0)相對于上述相對坐標系的坐標值( Xxmov， Xymov， Xzmov);得到移動坐標系的Y軸上的點Ymov (0， 1， 0)相對于上述相對坐標系的坐標值( Yxmov， Yymov， Yzmov);得到移動坐標系的Z軸上的點Zmov (0， 0， 1)相對于上述相對坐標系的坐標值( Zxmov， Zymov， Zzmov);根據(jù)上述移動坐標系中的四個點相對于相對坐標系的四個坐標值得到一個移動矩陣；及將上述的參考矩陣及移動矩陣相乘得到所述的操作矩陣。
全文摘要
本發(fā)明提供一種特征元素對齊方法。該方法包括(a)創(chuàng)建參考對象的多個特征元素；(b)通過該參考對象的多個特征元素創(chuàng)建一個參考坐標系；(c)創(chuàng)建移動對象的多個特征元素；(d)通過該移動對象的多個特征元素創(chuàng)建一個移動坐標系；(e)根據(jù)上述的參考坐標系及移動坐標系構造一個相對坐標系，并通過該相對坐標系計算一個操作矩陣；及(f)通過該操作矩陣使移動對象與參考對象對齊。利用本發(fā)明可以快速方便地利用對象的特征元素實現(xiàn)兩個對象的某一特定位置或者整體的對齊。
文檔編號G06F17/50GK101673312SQ20081030441
公開日2010年3月17日 申請日期2008年9月8日 優(yōu)先權日2008年9月8日
發(fā)明者吳新元, 張旨光, 敏 王, 謝少勤, 華 黃 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司;鴻海精密工業(yè)股份有限公司