专利名称：影像离线编程光照环境模拟系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种计算机辅助设计系统及方法，尤其是一种应用于影像量测领域中的影像离线编程光照环境模拟系统及方法。
背景技术：
在影像量测领域中，离线编程是指利用离线编程软件及产品的三维模型在计算机上编写影像测量程序。离线编写的影像测量程序用于控制影像测量机台对实际产品进行测量。影像测量机台对产品进行测量一般是在光源产生的光照环境下执行的，而现有的离线编程方法在编程过程中忽略了光照环境对产品测量产生的影响。所以，在编写的离线程序应用于影像测量机台对实际产品进行测量的过程中，通常需要根据影像量测机台提供的光照环境在离线程序中设置光源参数，例如光源数量、光源类型、光照范围、光源强度等参数。发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种影像离线编程光照环境模拟系统及方法，在离线编程的环境中模拟影像测量机台对待测产品产生的真实光照效果，记录光源参数至测量程序，使得测量程序后续应用于产品的影像测量过程中无需重新设置光源参数。
一种影像离线编程光照环境模拟方法，应用于电子装置。该方法包括(A)对产品三维模型及光源三维模型进行三角网格化处理；(B)光照参数配置步骤根据产品三维模型信息及光源三维模型信息为所述三角网格化处理后的产品三维模型配置光照环境；(C) 光照环境模拟步骤将产品三维模型、光源三维模型组合到同一个三维坐标系中结合光照参数模拟产品三维模型的光照环境；(D)第一光照效果产生步骤读取三角网格化后的产品三维模型上的测量点，并将产品三维模型在模拟的光照环境下投影到产品三维模型的工作平面上，确定产品三维模型上的三维测量点在工作平面上对应的二维测量点；(E)第二光照效果产生步骤根据工作平面上的二维测量点确定工作平面上的测量区域，根据产品三维模型的初始颜色及光照环境产生的光照效果对测量区域进行着色处理及(F)测量程序生成步骤在着色后的测量区域中绘制二维测量点的取点工具，并根据光照参数、测量点的坐标信息、测量区域的颜色信息及取点工具的信息生成影像测量程序，供影像测量机台对实际产品进行测量。
一种影像离线编程光照环境模拟系统，应用于电子装置。该系统包括三角网格化模块，用于对产品三维模型及光源三维模型进行三角网格化处理；光照参数配置模块，用于根据产品三维模型信息及光源三维模型信息为所述三角网格化处理后的产品三维模型配置光照环境，并将产品三维模型、光源三维模型组合到同一个三维坐标系中结合光照参数模拟产品三维模型的光照环境；光照效果产生模块，用于读取三角网格化后的产品三维模型上的测量点，并将产品三维模型在模拟的光照环境下投影到产品三维模型的工作平面上，确定产品三维模型上的三维测量点在工作平面上对应的二维测量点，及用于根据工作平面上的二维测量点确定工作平面上的测量区域，并根据产品三维模型的初始颜色及光照环境产生的光照效果对测量区域进行着色处理及测量程序生成模块，用于在着色后的测量区域中绘制二维测量点的取点工具，并根据光照参数、测量点的坐标信息、测量区域的颜色信息及取点工具的信息生成影像测量程序，供影像测量机台对实际产品进行测量。
相较于现有技术，本发明提供的影像离线编程光照环境模拟系统及方法，在离线编程的环境中模拟影像测量机台对待测产品产生的真实光照效果，记录光源参数至测量程序，使得测量程序后续应用于产品的影像测量过程中无需重新设置光源参数。


图1是本发明影像离线编程光照环境模拟系统较佳实施例的功能模块图。
图2是本发明影像离线编程光照环境模拟方法较佳实施例的流程图。
图3是图2中步骤S210的具体流程图。
图4是图2中步骤S230的具体流程图。
图5是图2中步骤S260的具体流程图。
图6A及图6B是对产品三维模型进行三角网格化的示意图。
图7是对产品三维模型配置光照参数的示意图。
图8是模拟产品三维模型的光照环境的示意图。
图9是产品三维模型上的测量点的示意图。
图10是产品三维模型投影到工作平面上得到对应的二维测量点的示意图
图11是工作平面上测量区域的示意图。
图12是图4中步骤S450中切分光照深度的示意图。
主要元件符号说明
权利要求
1.一种影像离线编程光照环境模拟方法，应用于电子装置，其特征在于，该方法包括 三角网格化步骤从与电子装置相连接的存储设备读取产品三维模型信息及光源三维模型信息，并对产品三维模型及光源三维模型进行三角网格化处理；光照参数配置步骤根据产品三维模型信息及光源三维模型信息为所述三角网格化处理后的产品三维模型配置光照环境，包括确定光照范围、光源类型、光源数量、光源位置、光照方向及光源强度参数；光照环境模拟步骤将产品三维模型、光源三维模型组合到同一个三维坐标系中结合光照参数模拟产品三维模型的光照环境；第一光照效果产生步骤读取三角网格化后的产品三维模型上的测量点，并将产品三维模型在模拟的光照环境下投影到产品三维模型的工作平面上，确定产品三维模型上的三维测量点在工作平面上对应的二维测量点；第二光照效果产生步骤根据工作平面上的二维测量点确定工作平面上的测量区域， 根据产品三维模型的初始颜色及光照环境产生的光照效果对测量区域进行着色处理及测量程序生成步骤在着色后的测量区域中绘制二维测量点的取点工具，并根据光照参数、测量点的坐标信息、测量区域的颜色信息及取点工具的信息生成影像测量程序，供影像测量机台对实际产品进行测量。
2.如权利要求1所述的影像离线编程光照环境模拟方法，其特征在于，所述对产品三维模型进行三角网格化处理包括检查所述产品模型是否由三角面片组成，如果是由三角面片组成，则流程直接进入输出产品三维模型上所有三角形组成的三角形队列T的步骤；如果所述产品三维模型不是由三角面片组成，则将该产品三维模型转换为B样条曲面，得到B样条曲面在UV参数平面内的封闭边界线，对该封闭边界线以U直线和V直线进行等分，得到若干个小方格；将与封闭边界线无交点的小方格的四个顶点按逆时针顺序组成两个三角形； 对于与封闭边界线有交点的小方格，将小方格的顶点中落入封闭边界曲线内的顶点、 小方格与封闭边界曲线的交点及封闭边界线上的边界点加入二维点组成的二维点队列Q ； 读取二维点队列Q中的第一点Pl及与点Pl最近的点P2，pl、p2组成三角形A的一条边，三角形A第三点p3的查找原则是边plp2对应的内角在三角形A的内角中最大以及三角形A的外接圆内没有二维点队列Q中的点，使得三角形A接近于等边三角形；根据上述查找原则在二维点队列Q中查找其它三角形的顶点，得到产品三维模型上的所有三角形；及输出产品三维模型上的所有三角形组成的三角形队列T。
3.如权利要求1所述的影像离线编程光照环境模拟方法，其特征在于，所述光源三维模型信息包括包括光源数量、光源类型及各个光源中心点的坐标及各个光源表面的法向量。
4.如权利要求3所述的影像离线编程光照环境模拟方法，其特征在于，所述光照参数配置步骤包括根据三角网格化处理后的产品三维模型的最大空间包围盒的坐标确定光照范围； 根据所述最大空间包围盒上表面中心点的坐标确定主光源的位置坐标；根据光源三维模型信息中各个光源中心点的坐标及各个光源表面的法向量可以确定各个光源之间的相对位置关系，再根据同一个坐标系中主光源的位置坐标及各个光源之间的相对位置关系确定各辅助光源在坐标系中的位置坐标；根据各光源位置坐标及光照范围确定一个光照圆锥，确定与该光照圆锥的旋转轴平行的射线为光照射线S，光照方向与光照射线S相同，旋转轴的高度即为光照深度；及将光照深度切分成η个光照段得到点序列，计算每个点到光照射线S顶点的距离得到各点的衰减系数k，确定光源强度队列P，P中的各元素包括各点序列中某一点到光照射线 S顶点的距离及该点的衰减系数k，其中各点的衰减系数k为该点到光照射线S顶点的距离与光照深度的比值。
5.如权利要求1所述的影像离线编程光照环境模拟方法，其特征在于，所述根据产品三维模型的初始颜色及光照环境产生的光照效果对测量区域进行着色处理的步骤包括根据产品三维模型上各三角形顶点坐标计算各三角形的面法向量，得到产品三维模型所有三角形的面法向量组成的队列N ；读取产品三维模型的初始RGB颜色值，将该初始RGB颜色值等分为90个RGB颜色值区间，得到由从明到暗渐变的RGB颜色值组成的颜色队列L ；计算光照射线S与各三角形的面法向量的向量夹角，确定各向量夹角所对应的颜色区间 Ith ；计算光照射线S与各三角形的中心点的距离，根据光源强度队列P中距离与衰减系数的对应关系得到各三角形的衰减系数k，根据Ith*k的整数部分所对应的颜色区间得到各三角形的实际显示颜色；及确定产品三维模型上各三角形在工作平面上对应的平面三角形，根据产品三维模型上各三角形的实际显示颜色确定工作平面上各对应的平面三角形的显示颜色。
6.一种影像离线编程光照环境模拟系统，应用于电子装置，其特征在于，该系统包括 三角网格化模块，用于从与电子装置相连接的存储设备读取产品三维模型信息及光源三维模型信息，并对产品三维模型及光源三维模型进行三角网格化处理；光照参数配置模块，用于根据产品三维模型信息及光源三维模型信息为所述三角网格化处理后的产品三维模型配置光照参数，包括确定光照范围、光源类型、光源数量、光源位置、光照方向及光源强度参数；光照参数配置模块，还用于将产品三维模型、光源三维模型组合到同一个三维坐标系中结合光照参数模拟产品三维模型的光照环境；光照效果产生模块，用于读取三角网格化后的产品三维模型上的测量点，并将产品三维模型在模拟的光照环境下投影到产品三维模型的工作平面上，确定产品三维模型上的三维测量点在工作平面上对应的二维测量点；光照效果产生模块，还用于根据工作平面上的二维测量点确定工作平面上的测量区域，根据产品三维模型的初始颜色及光照环境产生的光照效果对测量区域进行着色处理； 及测量程序生成模块，用于在着色后的测量区域中绘制二维测量点的取点工具，并根据光照参数、测量点的坐标信息、测量区域的颜色信息及取点工具的信息生成影像测量程序， 供影像测量机台对实际产品进行测量。
7.如权利要求6所述的影像离线编程光照环境模拟系统，其特征在于，所述三角网格化模块对产品三维模型进行三角网格化处理包括检查所述产品模型是否由三角面片组成，如果是由三角面片组成，则流程直接进入输出产品三维模型上所有三角形组成的三角形队列T的步骤；如果所述产品三维模型不是由三角面片组成，则将该产品三维模型转换为B样条曲面，得到B样条曲面在UV参数平面内的封闭边界线，对该封闭边界线以U直线和V直线进行等分，得到若干个小方格；将与封闭边界线无交点的小方格的四个顶点按逆时针顺序组成两个三角形； 对于与封闭边界线有交点的小方格，将小方格的顶点中落入封闭边界曲线内的顶点、 小方格与封闭边界曲线的交点及封闭边界线上的边界点加入二维点组成的二维点队列Q ； 读取二维点队列Q中的第一点Pl及与点Pl最近的点P2，pl、p2组成三角形A的一条边，三角形A第三点p3的查找原则是边plp2对应的内角在三角形A的内角中最大以及三角形A的外接圆内没有二维点队列Q中的点，使得三角形A接近于等边三角形；根据上述查找原则在二维点队列Q中查找其它三角形的顶点，得到产品三维模型上的所有三角形；及输出产品三维模型上的所有三角形组成的三角形队列T。
8.如权利要求6所述的影像离线编程光照环境模拟系统，其特征在于，所述光源三维模型信息包括包括光源数量、光源类型及各个光源中心点的坐标及各个光源表面的法向量。
9.如权利要求7述的影像离线编程光照环境模拟系统，其特征在于，所述配置光照参数包括根据三角网格化处理后的产品三维模型的最大空间包围盒的坐标确定光照范围； 根据所述最大空间包围盒上表面中心点的坐标确定主光源的位置坐标； 根据光源三维模型信息中各个光源中心点的坐标及各个光源表面的法向量可以确定各个光源之间的相对位置关系，再根据同一个坐标系中主光源的位置坐标及各个光源之间的相对位置关系确定各辅助光源在坐标系中的位置坐标；根据各光源位置坐标及光照范围确定一个光照圆锥，确定与该光照圆锥的旋转轴平行的射线为光照射线S，光照方向与光照射线S相同，旋转轴的高度即为光照深度；及将光照深度切分成η个光照段得到点序列，计算每个点到光照射线S顶点的距离得到各点的衰减系数k，确定光源强度队列P，P中的各元素包括各点序列中某一点到光照射线 S顶点的距离及该点的衰减系数k，其中各点的衰减系数k为该点到光照射线S顶点的距离与光照深度的比值。
10.如权利要求6所述的影像离线编程光照环境模拟系统，其特征在于，所述光照效果产生模块根据产品三维模型的初始颜色及光照环境产生的光照效果对测量区域进行着色处理包括根据产品三维模型上各三角形顶点坐标计算各三角形的面法向量，得到产品三维模型所有三角形的面法向量组成的队列N ；读取产品三维模型的初始RGB颜色值，将该初始RGB颜色值等分为90个RGB颜色值区间，得到由从明到暗渐变的RGB颜色值组成的颜色队列L ；计算光照射线S与各三角形的面法向量的向量夹角，确定各向量夹角所对应的颜色区间 Ith ；计算光照射线S与各三角形的中心点的距离，根据光源强度队列P中距离与衰减系数的对应关系得到各三角形的衰减系数k，根据Ith*k的整数部分所对应的颜色区间得到各三角形的实际显示颜色；及确定产品三维模型上各三角形在工作平面上对应的平面三角形，根据产品三维模型上各三角形的实际显示颜色确定工作平面上各对应的平面三角形的显示颜色。
全文摘要
本发明提供一种影像离线编程光照环境模拟系统。该系统对产品三维模型进行三角网格化处理，为产品三维模型配置光照环境，并结合光照参数模拟产品三维模型的光照环境。该系统还将产品三维模型在模拟的光照环境下投影到工作平面上，确定产品三维模型上的三维测量点在工作平面上对应的二维测量点，并在工作平面上确定测量区域，并根据产品三维模型的初始颜色及光照环境产生的光照效果对测量区域进行着色。之后，该系统测量区域中绘制二维测量点的取点工具，并根据光照参数、测量点的坐标信息、测量区域的颜色信息及取点工具的信息生成影像测量程序，供影像测量机台对实际产品进行测量。本发明还提供一种影像离线编程光照环境模拟方法。
文档编号G01B11/00GK102542599SQ20101061798
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者吴新元, 张旨光, 饶金刚 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司