一种基于正交标架的双引导线扫掠曲面建模方法与流程

本发明涉及计算机三维建模，尤其是一种基于正交标架的双引导线扫掠曲面建模方法。

背景技术：

1、扫掠是一种沿引导路径构建三维模型的方法。扫掠的输入由两部分组成，其一为轮廓线；其二为路径线即引导线。轮廓线沿引导线移动所经过的曲面即为扫掠曲面，多条轮廓可以使得扫掠曲面在不同的段具有不同的形状。

2、自由曲面建模是现代工业计算机辅助设计的重要组成部分，在飞机、船舶、汽车等行业有着及其广泛与深入的应用。扫掠在自由曲面建模中是非常核心的技术，设计人员在建模过程中会大量使用这一功能。

3、现有技术中所公开的几乎都是单轨扫掠的建模方法，对于双引导线扫掠没有提及，然而，双引导线扫掠能够更好的对形态进行定义。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于正交标架的双引导线扫掠曲面建模方法，支持一条或多条包含拐点和直线段的轮廓线，支持包含拐点和直线段的引导线，建模精度高。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：

3、一种基于正交标架的双引导线扫掠曲面建模方法，根据两条引导线和若干条轮廓线得到扫掠曲面，具体包括以下步骤：

4、s1，对若干条轮廓线进行匹配，在若干条轮廓线上分别找出对应的拐点；

5、s2，在每条引导线上分别找出距离各条轮廓线最近的点即最近点，即每条引导线上均找出若干个最近点；

6、s3，对两条引导线进行匹配，在两条引导线上分别找出对应的拐点；

7、s4，对两条引导线分别进行两种分段：

8、第一种分段：根据两条引导线上的拐点，对两条引导线分别进行分段，每条引导线均被分为若干个引导线段，两条引导线上对应的两个引导线段构成引导线段组，使得两条引导线之间形成若干个引导线段组；

9、第二种分段：根据两条引导线上的拐点以及最近点，对两条引导线分别进行分段，每条引导线均被分为若干个引导线段，两条引导线上对应的两个引导线段构成引导线段组，使得两条引导线之间形成若干个引导线段组；

10、s5，针对第一种分段下的每个引导线段组，将两个引导线段是平行直线段的引导线段组记为平行直线组，将平行直线组上的轮廓线投影至平行直线组的端点处；

11、s6，针对第二种分段下的每个引导线段组，在每个引导线段组中的两个引导线段上分别选取对应的采样点，两个引导线段上对应的两个采样点构成采样点组，使得两条引导线之间形成若干个采样点组；

12、s7，针对每个采样点组，在每个采样点组中的两个采样点处分别构造正交标架；

13、s8，根据两条引导线上的轮廓线和各个采样点组处的两个正交标架，在各个采样点组处构造截面线；

14、s9，针对第一种分段下的每个引导线段组，利用各个采样点组处的截面线分别在每个引导线段组中进行放样，得到最终的扫掠曲面。

15、优选的，步骤s5中，若平行直线组上有1条轮廓线，则将该平行直线组上的轮廓线投影至平行直线组的端点处；若平行直线组上有多条轮廓线，则将距离端点处最近的轮廓线投影至端点处；

16、若相邻的两个平行直线组在交汇的端点处均投影有轮廓线，即交汇的端点处投影有2条轮廓线，则将该2条轮廓线进行合并，得到交汇的端点处的轮廓线。

17、优选的，步骤s6中，采样点选取的具体方式如下：

18、若引导线段组中的两个引导线段平行，且该引导线段组上只有1个或0个轮廓线，则仅对引导线段组中的两个引导线段的端点进行采样，即端点作为采样点；

19、否则，对引导线段组中的两个引导线段之间对应的拐点和最近点进行采样，对引导线段的直线部分的端点进行采样，以及对引导线段中弧长大于引导线总弧长a％的部分进行内部采样。

20、优选的，对引导线段中弧长大于引导线总弧长a％的部分进行内部采样，具体方式如下：

21、s61，分别计算该引导线段组中的两个引导线段弧长占对应的引导线总弧长的比例，记较大的比例值为l2，较小的比例值为l1；

22、s62，设定内部采样点数量为n，以及设定采样点间的弧长占引导线总弧长的比例上界ub和比例下界lb；

23、s63，计算内部采样点数量的最小值nl为l1/ub向上取整的值减1，内部采样点数量的最大值nu为l2/lb向下取整的值减1；

24、s64，若设定的内部采样点数量n小于最小值nl，则该部分引导线段的内部采样点数量为nl，若设定的内部采样点数量n大于最大值nu，则该部分引导线段的内部采样点数量为nu，否则，该部分引导线段的内部采样点数量为n；

25、s65，最后将内部采样点均匀分布在该部分引导线段上。

26、优选的，步骤s7的具体方式如下：

27、将采样点组中的两个采样点分别记为采样点a和采样点b，采样点a处的正交标架记为标架a，采样点b处的正交标架记为标架b；

28、标架a的z轴方向为采样点a指向采样点b的方向，标架a的x轴方向为引导线上采样点a处的1阶左导数方向和1阶右导数方向的平均方向在z轴法平面上的投影方向，标架a的y轴方向为垂直于z轴和x轴的方向；

29、标架b的z轴方向为采样点b指向采样点a的方向，标架b的x轴方向为引导线上采样点b处的1阶左导数方向和1阶右导数方向的平均方向在z轴法平面上的投影方向，标架b的y轴方向为垂直于z轴和x轴的方向。

30、优选的，若采样点是引导线上的最近点，且该采样点处正交标架的z轴方向为0向量，则该采样点处无法构造正交标架；

31、若采样点不是引导线上的最近点，且该采样点处的z轴方向为0向量，则将相邻采样点处正交标架的z轴投影到该采样点处正交标架的x轴法平面上，得到该采样点处正交标架的z轴；

32、若采样点处正交标架的x轴方向为0向量或者x轴平行于z轴，且该采样点是引导线上的拐点，则该采样点处无法构造正交标架；

33、若采样点处正交标架的x轴方向为0向量或者x轴平行于z轴，且该采样点不是引导线上的拐点，则对该采样点的位置沿着引导线进行移动并重新计算该采样点处正交标架的x轴，直至该采样点处正交标架的x轴方向不为0向量且x轴不平行于z轴，若多次移动后仍失败则该采样点处无法构造正交标架。

34、优选的，步骤s8的具体方式如下：

35、将轮廓线作为初始的截面线，针对第一种分段下的每个引导线段组，判断引导线段组中的两条引导线段是否为平行的直线段；

36、若引导线段组中的两条引导线段为平行的直线段，且该引导线段组上有截面线，则该引导线段组上的采样点组利用邻近的截面线进行投影，得到采样点组处的截面线；

37、若引导线段组中的两条引导线段为平行的直线段，且该引导线段组上没有截面线，则先利用邻近的引导线段组上的截面线进行正交标架的刚性变换和沿z轴的放缩变换，得到该引导线段组内部一点处的截面线，再利用所得到的该引导线段组内部一点处的截面线进行投影，得到该引导线段组端点处的截面线；

38、若引导线段组中的两条引导线段不是平行的直线段，则该引导线段组上的采样点组利用邻近的截面线进行正交标架的刚性变换和沿z轴的放缩变换，得到采样点组处的截面线。

39、优选的，若采样点组处通过左右邻近的截面线分别得到有2条截面线，则将该2条截面线进行合并，得到新的截面线作为该采样点组处的截面线。

40、优选的，步骤s1的具体方式如下：

41、s11，分别计算各条轮廓线上的拐点及参数；所述述拐点是指轮廓线上的左导数与右导数方向不一致的点；所述参数包括曲线参数和弧长参数；

42、s12，选择从拐点数量最多的轮廓线开始，向相邻的轮廓线寻找匹配的拐点，将拐点数量最多的轮廓线记为第一条线，将相邻的轮廓线记为第二条线；

43、第一轮匹配：根据弧长参数，按照弧长比例最近的原则，将第二条线上的拐点分别与第一条线的拐点相匹配；经第一轮匹配后，第一条线上还剩余部分未得到匹配的拐点，记为剩余拐点；

44、第二轮匹配：根据第一条线上的剩余拐点在两个相邻的已匹配拐点之间的弧长比例，在第二条线上对应的两个相邻的已匹配拐点中新增拐点，第一条线上的该剩余拐点与第二条线上的该新增拐点相匹配；经第二轮匹配后，第一条线和第二线之间完成匹配，即第一条线和第二线之间找出对应的拐点；

45、s13，若轮廓线之间对应的拐点数大于1，则根据轮廓线之间对应的拐点将轮廓线的曲线参数进行重新参数化，保证轮廓线之间对应拐点的曲线参数是相同的。

46、优选的，步骤s3的具体方式如下：根据每条引导线上的最近点分别将每条引导线进行分段，使得两条引导线之间形成对应的引导线段组；针对每个引导线段组，按照步骤s11的方式，分别计算引导线段组中的两个引导线段上的拐点，并按照步骤s12的方式，在两个引导线段之间进行拐点匹配，使得两个引导线段之间形成对应的拐点，最终使得两条引导线之间形成对应的拐点。

47、本发明的优点在于：

48、(1)本发明提供一种基于正交标架的双引导线扫掠曲面建模方法，支持一条或多条包含拐点和直线段的轮廓线，支持包含拐点和直线段的引导线。

49、(2)本发明的曲面建模方法精度非常高，得到的曲面和轮廓线完美贴合。

50、(3)本发明的曲面建模方法得到的曲面扭转低。

51、(4)对于双引导线扫掠而言，采样点过于密集容易导致扫掠曲面出现折叠，采样点过于稀疏容易导致扫掠曲面忽略了一部分几何特征。本发明在进行引导线的采样时，能在确保采样点数目充足的同时，还能保证采样点的距离不会过近，从而避免出现折叠。