基于剖视图的三维形体重建技术研究

基于工程图重建三维形体的研究具有重要的实用价值和广泛的应用前景。在实际工程应用中，剖视图由于其清晰直观、能更有效地表示零件的内部结构而大量出现在工程图中。但目前工程图重建方面方面的研究更多是针对图中几何图元的"纯几何"算法，所以针对带剖视的工程图的重建算法相比较于标准三视图还很不成熟。本项目研究基于剖视图自动重建三维形体的理论与方法。通过归纳剖视图表达模式，理解剖视语义，来指导几何信息的识别。具体研究内容包括：（1）剖视工程语义的理解和几何元素自动解析方法；（2）剖切表达信息的理解和缺省信息恢复，以及假元的识别方法；（3）基于剖视图的环提取算法和特征匹配、识别方法；（4）有效局部特征的验证方法和有效形体的决策求解技术。在这些关键问题研究的基础上，分别构造完整的面向线框和面向体的带剖视工程图的重建算法，并形成重建原型系统，拓展计算机工程图形理解的应用范围，提高三维重建算法的实用价值。

剖视图由于其清晰直观、能更有效地表示零件的内部结构而大量出现在工程图中，但目前的形体重建算法主要针对标准三视图。本项目研究从包含剖视表达的工程图重建三维形体的理论与方法，通过充分挖掘图纸中的工程语义，理解剖视表达，识别内部结构特征，从而构建三维形体。. 首先，形成了一套剖视图工程语义的理解、表达与图元恢复方法。提出一种基于证据理论的剖视图中各视图的投影平面以及形体的剖切平面的确定方法。提出一个基于关键特征的样例驱动符号识别方法，可以自动学习输入模板，保存识别规则，对矢量图中的符号进行定位和检索。提出基于视图内特征信息识别并重构被省略或打断图元，并通过图元在不同视图间的投影匹配关系进行验证的视图补全方法。提出一个基于等价关系聚类的工程图约束识别算法，用于快速识别平行、垂直、相切等常见的几何约束，并可对图纸偏差进行修复。. 其次，提出一种基于线框的剖视图重建算法。首先基于视图元素增减规律，提出了针对非标准三视图的工程图图元恢复算法，并将此方法扩展到向视图。通过图元恢复，剖视图转化为标准三视图，进而可以利用传统的面向线框的方法重建出相应的三维形体。在从剖视图到完整视图的恢复过程中，可能会引入假元，项目归纳了6条按优先级排列的基本规则用于假元识别，进而提出一个线性的假元识别算法。另外，还提出拔模形体和旋转切削形体的重建算法，拓展了传统三视图重建算法的形体覆盖域。. 以传统的体重建方法为基础，建立了面向体的由带剖视工程图重建三维实体模型的算法框架。首先，提出了一个同时适用于剖视图和非剖视图的两步搜环算法。然后，提出了环匹配规则和基于线索的基元体识别算法；接着，提出了模型引导的基元体构造算法；最后，通过布尔运算组合基元体，生成三维形体。为了重建投影不完备的基元体，提出基于剖视投影语义的基元体识别、构造及验证算法。对于投影不完备的隐式基元体，通过理解投影语义获取其三维空间信息。然后，提出了描述基元体和环之间关系的图表示方法。根据该基元体关系图，提出了一个由可信度引导的交互式基元体验证算法。. 基于以上成果，实现了一个基于剖视图的三维形体重建原型系统，可处理全剖视、半剖视、阶梯剖视、局部剖视以及旋转剖视等常见剖视类型。项目共发表论文11篇，取得软件著作权1项。