專利名稱：影像離線編程光照環(huán)境模擬系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)及方法，尤其是一種應(yīng)用于影像量測領(lǐng)域中的影像離線編程光照環(huán)境模擬系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
在影像量測領(lǐng)域中，離線編程是指利用離線編程軟件及產(chǎn)品的三維模型在計算機上編寫影像測量程序。離線編寫的影像測量程序用于控制影像測量機臺對實際產(chǎn)品進行測量。影像測量機臺對產(chǎn)品進行測量一般是在光源產(chǎn)生的光照環(huán)境下執(zhí)行的，而現(xiàn)有的離線編程方法在編程過程中忽略了光照環(huán)境對產(chǎn)品測量產(chǎn)生的影響。所以，在編寫的離線程序應(yīng)用于影像測量機臺對實際產(chǎn)品進行測量的過程中，通常需要根據(jù)影像量測機臺提供的光照環(huán)境在離線程序中設(shè)置光源參數(shù)，例如光源數(shù)量、光源類型、光照范圍、光源強度等參數(shù)。發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種影像離線編程光照環(huán)境模擬系統(tǒng)及方法，在離線編程的環(huán)境中模擬影像測量機臺對待測產(chǎn)品產(chǎn)生的真實光照效果，記錄光源參數(shù)至測量程序，使得測量程序后續(xù)應(yīng)用于產(chǎn)品的影像測量過程中無需重新設(shè)置光源參數(shù)。
一種影像離線編程光照環(huán)境模擬方法，應(yīng)用于電子裝置。該方法包括(A)對產(chǎn)品三維模型及光源三維模型進行三角網(wǎng)格化處理；(B)光照參數(shù)配置步驟根據(jù)產(chǎn)品三維模型信息及光源三維模型信息為所述三角網(wǎng)格化處理后的產(chǎn)品三維模型配置光照環(huán)境；(C) 光照環(huán)境模擬步驟將產(chǎn)品三維模型、光源三維模型組合到同一個三維坐標(biāo)系中結(jié)合光照參數(shù)模擬產(chǎn)品三維模型的光照環(huán)境；(D)第一光照效果產(chǎn)生步驟讀取三角網(wǎng)格化后的產(chǎn)品三維模型上的測量點，并將產(chǎn)品三維模型在模擬的光照環(huán)境下投影到產(chǎn)品三維模型的工作平面上，確定產(chǎn)品三維模型上的三維測量點在工作平面上對應(yīng)的二維測量點；(E)第二光照效果產(chǎn)生步驟根據(jù)工作平面上的二維測量點確定工作平面上的測量區(qū)域，根據(jù)產(chǎn)品三維模型的初始顏色及光照環(huán)境產(chǎn)生的光照效果對測量區(qū)域進行著色處理及(F)測量程序生成步驟在著色后的測量區(qū)域中繪制二維測量點的取點工具，并根據(jù)光照參數(shù)、測量點的坐標(biāo)信息、測量區(qū)域的顏色信息及取點工具的信息生成影像測量程序，供影像測量機臺對實際產(chǎn)品進行測量。
一種影像離線編程光照環(huán)境模擬系統(tǒng)，應(yīng)用于電子裝置。該系統(tǒng)包括三角網(wǎng)格化模塊，用于對產(chǎn)品三維模型及光源三維模型進行三角網(wǎng)格化處理；光照參數(shù)配置模塊，用于根據(jù)產(chǎn)品三維模型信息及光源三維模型信息為所述三角網(wǎng)格化處理后的產(chǎn)品三維模型配置光照環(huán)境，并將產(chǎn)品三維模型、光源三維模型組合到同一個三維坐標(biāo)系中結(jié)合光照參數(shù)模擬產(chǎn)品三維模型的光照環(huán)境；光照效果產(chǎn)生模塊，用于讀取三角網(wǎng)格化后的產(chǎn)品三維模型上的測量點，并將產(chǎn)品三維模型在模擬的光照環(huán)境下投影到產(chǎn)品三維模型的工作平面上，確定產(chǎn)品三維模型上的三維測量點在工作平面上對應(yīng)的二維測量點，及用于根據(jù)工作平面上的二維測量點確定工作平面上的測量區(qū)域，并根據(jù)產(chǎn)品三維模型的初始顏色及光照環(huán)境產(chǎn)生的光照效果對測量區(qū)域進行著色處理及測量程序生成模塊，用于在著色后的測量區(qū)域中繪制二維測量點的取點工具，并根據(jù)光照參數(shù)、測量點的坐標(biāo)信息、測量區(qū)域的顏色信息及取點工具的信息生成影像測量程序，供影像測量機臺對實際產(chǎn)品進行測量。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的影像離線編程光照環(huán)境模擬系統(tǒng)及方法，在離線編程的環(huán)境中模擬影像測量機臺對待測產(chǎn)品產(chǎn)生的真實光照效果，記錄光源參數(shù)至測量程序，使得測量程序后續(xù)應(yīng)用于產(chǎn)品的影像測量過程中無需重新設(shè)置光源參數(shù)。


圖1是本發(fā)明影像離線編程光照環(huán)境模擬系統(tǒng)較佳實施例的功能模塊圖。
圖2是本發(fā)明影像離線編程光照環(huán)境模擬方法較佳實施例的流程圖。
圖3是圖2中步驟S210的具體流程圖。
圖4是圖2中步驟S230的具體流程圖。
圖5是圖2中步驟S260的具體流程圖。
圖6A及圖6B是對產(chǎn)品三維模型進行三角網(wǎng)格化的示意圖。
圖7是對產(chǎn)品三維模型配置光照參數(shù)的示意圖。
圖8是模擬產(chǎn)品三維模型的光照環(huán)境的示意圖。
圖9是產(chǎn)品三維模型上的測量點的示意圖。
圖10是產(chǎn)品三維模型投影到工作平面上得到對應(yīng)的二維測量點的示意圖
圖11是工作平面上測量區(qū)域的示意圖。
圖12是圖4中步驟S450中切分光照深度的示意圖。
主要元件符號說明
權(quán)利要求
1.一種影像離線編程光照環(huán)境模擬方法，應(yīng)用于電子裝置，其特征在于，該方法包括 三角網(wǎng)格化步驟從與電子裝置相連接的存儲設(shè)備讀取產(chǎn)品三維模型信息及光源三維模型信息，并對產(chǎn)品三維模型及光源三維模型進行三角網(wǎng)格化處理；光照參數(shù)配置步驟根據(jù)產(chǎn)品三維模型信息及光源三維模型信息為所述三角網(wǎng)格化處理后的產(chǎn)品三維模型配置光照環(huán)境，包括確定光照范圍、光源類型、光源數(shù)量、光源位置、光照方向及光源強度參數(shù)；光照環(huán)境模擬步驟將產(chǎn)品三維模型、光源三維模型組合到同一個三維坐標(biāo)系中結(jié)合光照參數(shù)模擬產(chǎn)品三維模型的光照環(huán)境；第一光照效果產(chǎn)生步驟讀取三角網(wǎng)格化后的產(chǎn)品三維模型上的測量點，并將產(chǎn)品三維模型在模擬的光照環(huán)境下投影到產(chǎn)品三維模型的工作平面上，確定產(chǎn)品三維模型上的三維測量點在工作平面上對應(yīng)的二維測量點；第二光照效果產(chǎn)生步驟根據(jù)工作平面上的二維測量點確定工作平面上的測量區(qū)域， 根據(jù)產(chǎn)品三維模型的初始顏色及光照環(huán)境產(chǎn)生的光照效果對測量區(qū)域進行著色處理及測量程序生成步驟在著色后的測量區(qū)域中繪制二維測量點的取點工具，并根據(jù)光照參數(shù)、測量點的坐標(biāo)信息、測量區(qū)域的顏色信息及取點工具的信息生成影像測量程序，供影像測量機臺對實際產(chǎn)品進行測量。
2.如權(quán)利要求1所述的影像離線編程光照環(huán)境模擬方法，其特征在于，所述對產(chǎn)品三維模型進行三角網(wǎng)格化處理包括檢查所述產(chǎn)品模型是否由三角面片組成，如果是由三角面片組成，則流程直接進入輸出產(chǎn)品三維模型上所有三角形組成的三角形隊列T的步驟；如果所述產(chǎn)品三維模型不是由三角面片組成，則將該產(chǎn)品三維模型轉(zhuǎn)換為B樣條曲面，得到B樣條曲面在UV參數(shù)平面內(nèi)的封閉邊界線，對該封閉邊界線以U直線和V直線進行等分，得到若干個小方格；將與封閉邊界線無交點的小方格的四個頂點按逆時針順序組成兩個三角形； 對于與封閉邊界線有交點的小方格，將小方格的頂點中落入封閉邊界曲線內(nèi)的頂點、 小方格與封閉邊界曲線的交點及封閉邊界線上的邊界點加入二維點組成的二維點隊列Q ； 讀取二維點隊列Q中的第一點Pl及與點Pl最近的點P2，pl、p2組成三角形A的一條邊，三角形A第三點p3的查找原則是邊plp2對應(yīng)的內(nèi)角在三角形A的內(nèi)角中最大以及三角形A的外接圓內(nèi)沒有二維點隊列Q中的點，使得三角形A接近于等邊三角形；根據(jù)上述查找原則在二維點隊列Q中查找其它三角形的頂點，得到產(chǎn)品三維模型上的所有三角形；及輸出產(chǎn)品三維模型上的所有三角形組成的三角形隊列T。
3.如權(quán)利要求1所述的影像離線編程光照環(huán)境模擬方法，其特征在于，所述光源三維模型信息包括包括光源數(shù)量、光源類型及各個光源中心點的坐標(biāo)及各個光源表面的法向量。
4.如權(quán)利要求3所述的影像離線編程光照環(huán)境模擬方法，其特征在于，所述光照參數(shù)配置步驟包括根據(jù)三角網(wǎng)格化處理后的產(chǎn)品三維模型的最大空間包圍盒的坐標(biāo)確定光照范圍； 根據(jù)所述最大空間包圍盒上表面中心點的坐標(biāo)確定主光源的位置坐標(biāo)；根據(jù)光源三維模型信息中各個光源中心點的坐標(biāo)及各個光源表面的法向量可以確定各個光源之間的相對位置關(guān)系，再根據(jù)同一個坐標(biāo)系中主光源的位置坐標(biāo)及各個光源之間的相對位置關(guān)系確定各輔助光源在坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)；根據(jù)各光源位置坐標(biāo)及光照范圍確定一個光照圓錐，確定與該光照圓錐的旋轉(zhuǎn)軸平行的射線為光照射線S，光照方向與光照射線S相同，旋轉(zhuǎn)軸的高度即為光照深度；及將光照深度切分成η個光照段得到點序列，計算每個點到光照射線S頂點的距離得到各點的衰減系數(shù)k，確定光源強度隊列P，P中的各元素包括各點序列中某一點到光照射線 S頂點的距離及該點的衰減系數(shù)k，其中各點的衰減系數(shù)k為該點到光照射線S頂點的距離與光照深度的比值。
5.如權(quán)利要求1所述的影像離線編程光照環(huán)境模擬方法，其特征在于，所述根據(jù)產(chǎn)品三維模型的初始顏色及光照環(huán)境產(chǎn)生的光照效果對測量區(qū)域進行著色處理的步驟包括根據(jù)產(chǎn)品三維模型上各三角形頂點坐標(biāo)計算各三角形的面法向量，得到產(chǎn)品三維模型所有三角形的面法向量組成的隊列N ；讀取產(chǎn)品三維模型的初始RGB顏色值，將該初始RGB顏色值等分為90個RGB顏色值區(qū)間，得到由從明到暗漸變的RGB顏色值組成的顏色隊列L ；計算光照射線S與各三角形的面法向量的向量夾角，確定各向量夾角所對應(yīng)的顏色區(qū)間 Ith ；計算光照射線S與各三角形的中心點的距離，根據(jù)光源強度隊列P中距離與衰減系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系得到各三角形的衰減系數(shù)k，根據(jù)Ith*k的整數(shù)部分所對應(yīng)的顏色區(qū)間得到各三角形的實際顯示顏色；及確定產(chǎn)品三維模型上各三角形在工作平面上對應(yīng)的平面三角形，根據(jù)產(chǎn)品三維模型上各三角形的實際顯示顏色確定工作平面上各對應(yīng)的平面三角形的顯示顏色。
6.一種影像離線編程光照環(huán)境模擬系統(tǒng)，應(yīng)用于電子裝置，其特征在于，該系統(tǒng)包括 三角網(wǎng)格化模塊，用于從與電子裝置相連接的存儲設(shè)備讀取產(chǎn)品三維模型信息及光源三維模型信息，并對產(chǎn)品三維模型及光源三維模型進行三角網(wǎng)格化處理；光照參數(shù)配置模塊，用于根據(jù)產(chǎn)品三維模型信息及光源三維模型信息為所述三角網(wǎng)格化處理后的產(chǎn)品三維模型配置光照參數(shù)，包括確定光照范圍、光源類型、光源數(shù)量、光源位置、光照方向及光源強度參數(shù)；光照參數(shù)配置模塊，還用于將產(chǎn)品三維模型、光源三維模型組合到同一個三維坐標(biāo)系中結(jié)合光照參數(shù)模擬產(chǎn)品三維模型的光照環(huán)境；光照效果產(chǎn)生模塊，用于讀取三角網(wǎng)格化后的產(chǎn)品三維模型上的測量點，并將產(chǎn)品三維模型在模擬的光照環(huán)境下投影到產(chǎn)品三維模型的工作平面上，確定產(chǎn)品三維模型上的三維測量點在工作平面上對應(yīng)的二維測量點；光照效果產(chǎn)生模塊，還用于根據(jù)工作平面上的二維測量點確定工作平面上的測量區(qū)域，根據(jù)產(chǎn)品三維模型的初始顏色及光照環(huán)境產(chǎn)生的光照效果對測量區(qū)域進行著色處理； 及測量程序生成模塊，用于在著色后的測量區(qū)域中繪制二維測量點的取點工具，并根據(jù)光照參數(shù)、測量點的坐標(biāo)信息、測量區(qū)域的顏色信息及取點工具的信息生成影像測量程序， 供影像測量機臺對實際產(chǎn)品進行測量。
7.如權(quán)利要求6所述的影像離線編程光照環(huán)境模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述三角網(wǎng)格化模塊對產(chǎn)品三維模型進行三角網(wǎng)格化處理包括檢查所述產(chǎn)品模型是否由三角面片組成，如果是由三角面片組成，則流程直接進入輸出產(chǎn)品三維模型上所有三角形組成的三角形隊列T的步驟；如果所述產(chǎn)品三維模型不是由三角面片組成，則將該產(chǎn)品三維模型轉(zhuǎn)換為B樣條曲面，得到B樣條曲面在UV參數(shù)平面內(nèi)的封閉邊界線，對該封閉邊界線以U直線和V直線進行等分，得到若干個小方格；將與封閉邊界線無交點的小方格的四個頂點按逆時針順序組成兩個三角形； 對于與封閉邊界線有交點的小方格，將小方格的頂點中落入封閉邊界曲線內(nèi)的頂點、 小方格與封閉邊界曲線的交點及封閉邊界線上的邊界點加入二維點組成的二維點隊列Q ； 讀取二維點隊列Q中的第一點Pl及與點Pl最近的點P2，pl、p2組成三角形A的一條邊，三角形A第三點p3的查找原則是邊plp2對應(yīng)的內(nèi)角在三角形A的內(nèi)角中最大以及三角形A的外接圓內(nèi)沒有二維點隊列Q中的點，使得三角形A接近于等邊三角形；根據(jù)上述查找原則在二維點隊列Q中查找其它三角形的頂點，得到產(chǎn)品三維模型上的所有三角形；及輸出產(chǎn)品三維模型上的所有三角形組成的三角形隊列T。
8.如權(quán)利要求6所述的影像離線編程光照環(huán)境模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述光源三維模型信息包括包括光源數(shù)量、光源類型及各個光源中心點的坐標(biāo)及各個光源表面的法向量。
9.如權(quán)利要求7述的影像離線編程光照環(huán)境模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述配置光照參數(shù)包括根據(jù)三角網(wǎng)格化處理后的產(chǎn)品三維模型的最大空間包圍盒的坐標(biāo)確定光照范圍； 根據(jù)所述最大空間包圍盒上表面中心點的坐標(biāo)確定主光源的位置坐標(biāo)； 根據(jù)光源三維模型信息中各個光源中心點的坐標(biāo)及各個光源表面的法向量可以確定各個光源之間的相對位置關(guān)系，再根據(jù)同一個坐標(biāo)系中主光源的位置坐標(biāo)及各個光源之間的相對位置關(guān)系確定各輔助光源在坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)；根據(jù)各光源位置坐標(biāo)及光照范圍確定一個光照圓錐，確定與該光照圓錐的旋轉(zhuǎn)軸平行的射線為光照射線S，光照方向與光照射線S相同，旋轉(zhuǎn)軸的高度即為光照深度；及將光照深度切分成η個光照段得到點序列，計算每個點到光照射線S頂點的距離得到各點的衰減系數(shù)k，確定光源強度隊列P，P中的各元素包括各點序列中某一點到光照射線 S頂點的距離及該點的衰減系數(shù)k，其中各點的衰減系數(shù)k為該點到光照射線S頂點的距離與光照深度的比值。
10.如權(quán)利要求6所述的影像離線編程光照環(huán)境模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述光照效果產(chǎn)生模塊根據(jù)產(chǎn)品三維模型的初始顏色及光照環(huán)境產(chǎn)生的光照效果對測量區(qū)域進行著色處理包括根據(jù)產(chǎn)品三維模型上各三角形頂點坐標(biāo)計算各三角形的面法向量，得到產(chǎn)品三維模型所有三角形的面法向量組成的隊列N ；讀取產(chǎn)品三維模型的初始RGB顏色值，將該初始RGB顏色值等分為90個RGB顏色值區(qū)間，得到由從明到暗漸變的RGB顏色值組成的顏色隊列L ；計算光照射線S與各三角形的面法向量的向量夾角，確定各向量夾角所對應(yīng)的顏色區(qū)間 Ith ；計算光照射線S與各三角形的中心點的距離，根據(jù)光源強度隊列P中距離與衰減系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系得到各三角形的衰減系數(shù)k，根據(jù)Ith*k的整數(shù)部分所對應(yīng)的顏色區(qū)間得到各三角形的實際顯示顏色；及確定產(chǎn)品三維模型上各三角形在工作平面上對應(yīng)的平面三角形，根據(jù)產(chǎn)品三維模型上各三角形的實際顯示顏色確定工作平面上各對應(yīng)的平面三角形的顯示顏色。
全文摘要
本發(fā)明提供一種影像離線編程光照環(huán)境模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)對產(chǎn)品三維模型進行三角網(wǎng)格化處理，為產(chǎn)品三維模型配置光照環(huán)境，并結(jié)合光照參數(shù)模擬產(chǎn)品三維模型的光照環(huán)境。該系統(tǒng)還將產(chǎn)品三維模型在模擬的光照環(huán)境下投影到工作平面上，確定產(chǎn)品三維模型上的三維測量點在工作平面上對應(yīng)的二維測量點，并在工作平面上確定測量區(qū)域，并根據(jù)產(chǎn)品三維模型的初始顏色及光照環(huán)境產(chǎn)生的光照效果對測量區(qū)域進行著色。之后，該系統(tǒng)測量區(qū)域中繪制二維測量點的取點工具，并根據(jù)光照參數(shù)、測量點的坐標(biāo)信息、測量區(qū)域的顏色信息及取點工具的信息生成影像測量程序，供影像測量機臺對實際產(chǎn)品進行測量。本發(fā)明還提供一種影像離線編程光照環(huán)境模擬方法。
文檔編號G01B11/00GK102542599SQ20101061798
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者吳新元, 張旨光, 饒金剛 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