[发明专利]基于Web的三维轻量化模型虚拟装配方法及其装置

说明书

本发明公开了一种基于Web的三维轻量化模型虚拟装配方法，包括以下步骤：装配信息形式化表达：定义装配约束类型以及几何特征对，并根据定义的装配约束类型以及几何特征对通过包含向量信息的参数方程表征三维轻量化模型的几何特征并联立参数方程组；装配约束求解：针对不同装配约束类型所对应的几何特征对，对参数方程组进行求解以满足装配约束要求；模型位姿变换：通过齐次变换矩阵对三维轻量化模型进行位姿变换，使其移动至目标模型的指定位置上以完成虚拟装配。本发明提出的基于Web的三维轻量化模型虚拟装配方法及其装置，实现了Web环境下三维轻量化模型的虚拟装配。

技术领域

本发明涉及计算机图形学技术领域，尤其涉及一种基于Web的三维轻量化模型虚拟装配方法及其装置。

背景技术

随着CAD技术与数字化技术的不断发展，虚拟装配已逐渐成为CAD系统中必不可少的功能。虚拟装配技术不仅能够帮助设计人员直观地验证装配设计和操作是否正确，及时发现相关问题并修改，而且能够通过可视化显示装配过程，帮助设计人员制定可行的装配工序，极大地缩短了产品开发周期，提升了产品的市场竞争力。现有虚拟装配技术大都支持设计人员使用各类设备(鼠标、数据手套、力反馈设备等)在虚拟环境中对不同三维模型的几何特征(点、直线、平面等)进行装配约束施加，三维模型会根据特定的装配约束类型进行位姿调整，对其空间自由度进行限制，达到虚拟装配的目的。

在虚拟装配领域，相关学者从事了一些研究，并且取得了一定的理论与实践成果。然而，现有的虚拟装配方法均依赖于对三维模型的几何特征进行特征定义、特征提取，在基于C/S(Client/Server)架构的本地环境下，三维模型自身数据量较大，支持特征定义、特征提取。近年来，随着网络技术的不断进步，基于HTML5、CSS3、WebGL等技术的在线三维建模软件正逐渐获得巨大发展，而这些在线三维建模软件受制于B/S(Browser/Server)的网络结构模式，需使用三维轻量化模型以满足数据传输高效性、实时性的要求。经过轻量化处理的三维模型失去了大量几何特征，仅使用具备一定拓扑结构关系的三角面片集合来表示三维几何体。因此，无法对三维轻量化模型进行特征定义、特征提取，同时也无法对这些几何特征施加装配约束，限制三维轻量化模型的空间自由度，进而也无法完成三维轻量化模型的虚拟装配。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于Web的三维轻量化模型虚拟装配方法及其装置，旨在实现Web环境下三维轻量化模型的虚拟装配。

为实现上述目的，本发明提供一种基于Web的三维轻量化模型虚拟装配方法，包括以下步骤：

装配信息形式化表达：定义装配约束类型以及几何特征对，并根据定义的装配约束类型以及几何特征对通过包含向量信息的参数方程表征三维轻量化模型的几何特征并联立参数方程组；

装配约束求解：针对不同装配约束类型所对应的几何特征对，对参数方程组进行求解以满足装配约束要求；

模型位姿变换：通过齐次变换矩阵对三维轻量化模型进行位姿变换，使其移动至目标模型的指定位置上以完成虚拟装配。

优选地，所述通过齐次变换矩阵对三维轻量化模型进行位姿变换的步骤具体包括：利用齐次变换矩阵对三维轻量化模型进行空间旋转变换和空间平移变换。

优选地，利用齐次变换矩阵对三维轻量化模型进行空间旋转变换时，利用齐次变换矩阵中的三个旋转变换矩阵，对三维轻量化模型分别进行绕X轴、Y轴、Z轴进行旋转位姿调整。

优选地，定义几何特征对具体为：分析虚拟装配领域常见装配约束类型中的装配几何特征，将其两两组合并用集合方式进行表示。

优选地，定义装配约束类型包括：重合、平行、垂直、同轴、内切以及外切，定义几何特征对包括{点，点}、{直线，直线}、{平面，平面}、{柱面，柱面}以及{球面，球面}。