视觉几何与物理碰撞体覆盖一致性检测方法及装置与流程

本发明涉及三维资产自动质检，特别涉及一种视觉几何与物理碰撞体覆盖一致性检测方法及装置。

背景技术：

1、在机器人仿真与自动化质检场景中，三维资产通常由用于渲染显示的视觉几何和用于物理碰撞计算的物理碰撞体两部分组成。物理碰撞体一般为对视觉几何的简化表示，用于在仿真引擎中执行碰撞检测、抓取判定和运动规划。视觉几何与物理碰撞体之间的覆盖一致性直接影响仿真质量：若视觉几何的某些区域未被物理碰撞体覆盖，会导致仿真中出现穿模、抓取失败、运动规划异常等问题。

2、已有技术中，常用的检测方法包括：

3、包围盒对比法：分别计算视觉网格和碰撞网格的轴对齐包围盒（aabb），比较两个包围盒的体积比或尺寸差异。该方法精度严重不足，包围盒只描述几何体的极值范围，不反映形状细节，对于细长或不规则形状的模型，包围盒大小接近但实际覆盖不足，会错误地报告"覆盖充分"；且即使发现覆盖率不足，也无法指出具体哪个区域缺少碰撞体。

4、人工目视检查：在三维软件中同时显示视觉网格和碰撞网格，由设计人员目视比对。该方法主观性强、效率低，判断标准不统一，无法给出量化指标，对复杂模型逐个部件检查耗时较长且容易漏检细小区域。

5、目标位置或路径驱动检测方法：将资产关节运动到预设位置或路径，观察碰撞体是否阻挡视觉网格运动。该方法依赖于预定义目标位置，可能遗漏未覆盖的中间姿态，无法动态评估在真实物理交互中是否存在碰撞穿透或覆盖不足问题。

6、此外，已有技术在处理复合碰撞体场景时，通常将多个碰撞网格直接合并后判断覆盖关系，容易因内部面干扰导致误判；对非封闭碰撞网格缺少有效的内外点判断机制；且在大规模采样场景下缺乏计算量控制手段。

技术实现思路

1、本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种能够真实物理交互中是否存在碰撞穿透或覆盖不足进行更严谨的评估的技术。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、因此，根据本发明公开的一个方面，提供了一种视觉几何与物理碰撞体覆盖一致性检测方法，包括以下步骤：解析待检测三维资产的场景文件，提取待检测的视觉网格节点集合和碰撞体节点集合，并对视觉网格节点集合和碰撞体节点集合进行配对，生成视觉碰撞配对集合；其中，视觉碰撞配对集合中的各个视觉网格节点分别关联有一个或多个碰撞体节点；对视觉碰撞配对集合中的视觉网格节点及其关联的碰撞体节点分别进行几何类型判别和三角网格转换，生成统一世界坐标系下的视觉三角网格对象和碰撞三角网格对象；对视觉三角网格对象进行分层采样，生成采样点集合，并分别判断采样点集合中的采样点是否位于对应的碰撞三角网格对象内，若是，标记采样点为已覆盖采样点，若否，进一步判断采样点与碰撞三角网格对象的表面距离是否小于预设的容差值，若是，标记采样点为已覆盖采样点；生成对应覆盖结果；其中，覆盖结果包括已覆盖采样点集合、未覆盖采样点集合和覆盖率中的至少一种。

4、具体的，对视觉碰撞配对集合中的视觉网格节点及其关联的碰撞体节点分别进行几何类型判别和三角网格转换，生成统一世界坐标系下的视觉三角网格对象和碰撞三角网格对象，具体包括以下步骤：读取视觉网格节点和/或碰撞体节点对应的几何类型和几何参数，并对几何类型进行判断；若几何类型为网格类型，则读取几何参数中对应的顶点坐标、面顶点索引和每面顶点数，并对非三角形面进行三角化处理，生成对应的局部三角网格对象；若几何类型为基础几何体类型，则基于对应的几何参数生成对应的局部三角网格对象；对局部三角网格对象进行坐标转换，生成视觉三角网格对象和/或碰撞三角网格对象。

5、另一具体的，对视觉三角网格对象进行分层采样，生成采样点集合，具体包括以下步骤：进行顶点采样，提取视觉三角网格对象的顶点坐标，生成顶点采样点集合；进行表面采样，基于视觉三角网格对象的三角形面片生成表面采样点集合；以及，进行边缘采样，基于视觉三角网格对象的边生成边缘采样点集合；合并顶点采样点集合、表面采样点集合和边缘采样点集合，并进行去重处理，生成采样点集合。其中，表面采样点集合包括各个三角形面片的重心采样点以及按照面片面积分配的补充表面采样点；边缘采样点集合包括各条边的边中点采样点以及按照边长分配的插值采样点。

6、更具体的，对视觉三角网格对象进行分层采样，生成采样点集合，具体还包括以下步骤：判断采样点集合中的采样点数量是否超过预设的采样数量阈值；若是，则对采样点集合进行空间分层限流处理；其中，空间分层限流处理具体包括以下步骤：基于采样点集合的空间范围和目标点数确定体素边长；基于采样点集合中各个采样点的空间坐标，对采样点集合进行体素分桶，形成若干个体素桶；其中，各个体素桶分别包括位于对应体素空间范围内的采样点；分别从各个体素桶中优先选取至少一个采样点，生成限流后的采样点集合。

7、更具体的，分别从各个体素桶中优先选取至少一个采样点，生成限流后的采样点集合，包括以下步骤：从各个体素桶中分别选取采样点；判断已选取的采样点数量是否达到目标点数；若否，分别对各个体素桶中尚未被选取的采样点进行轮询补充选取，直至采样点数量达到目标点数；以选取的采样点生成限流后的采样点集合。

8、以上的，分别判断采样点集合中的采样点是否位于对应的碰撞三角网格对象内，具体包括以下步骤：判断碰撞三角网格是否为水密网格，若碰撞三角网格为水密网格，则基于射线相交次数判断采样点是否位于碰撞三角网格对象内，若是，标记采样点为已覆盖采样点；若碰撞三角网格为非水密网格，则计算采样点相对于碰撞三角网格对象表面的有向距离，并判断采样点与碰撞三角网格对象的有向距离是否小于预设的容差值，若是，标记采样点为已覆盖采样点。

9、更具体的，在判断采样点是否位于对应的碰撞三角网格对象内之前，还包括以下步骤：基于碰撞三角网格对象在统一世界坐标系下沿各坐标轴方向的最小坐标和最大坐标，确定碰撞三角网格对象的包围盒；基于预设容差和包围盒的空间尺度确定有效容差；基于有效容差对包围盒进行扩展，并判断采样点是否位于扩展后的包围盒内。

10、根据本发明公开的另一个方面，提供了一种视觉几何与物理碰撞体覆盖一致性检测装置，包括：资产解析模块，用于解析待检测三维资产的场景文件，提取待检测的视觉网格节点集合和碰撞体节点集合，并对视觉网格节点集合和碰撞体节点集合进行配对，生成视觉碰撞配对集合；检测配对模块，用于对视觉碰撞配对集合中的视觉网格节点及其关联的碰撞体节点分别进行几何类型判别和三角网格转换，生成统一世界坐标系下的视觉三角网格对象和碰撞三角网格对象；分层采样模块，用于对视觉三角网格对象进行分层采样，生成采样点集合；覆盖检测模块，用于分别判断采样点集合中的采样点是否位于对应的碰撞三角网格对象内，若是，标记采样点为已覆盖采样点，若否，进一步判断采样点与碰撞三角网格对象的有向距离是否小于预设的容差值，若是，标记采样点为已覆盖采样点；输出模块，用于生成对应覆盖结果。

11、根据本发明公开的再一方面，提供了一种计算设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机指令，处理器执行指令时实现如上一种视觉几何与物理碰撞体覆盖一致性检测方法的步骤。

12、根据本发明公开的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如上一种视觉几何与物理碰撞体覆盖一致性检测方法的步骤。

13、本发明的有益效果：本发明通过对三维资产中的视觉网格节点和碰撞体节点进行自动配对，并将不同类型的几何体转换为统一世界坐标系下的三角网格对象，使后续覆盖检测能够在统一几何基准下执行；通过顶点、表面和边缘分层采样，提高对视觉几何结构特征、面片区域及轮廓折痕区域的检测完整性；通过空间分层限流，在保持采样点空间分布均匀性的同时控制计算量；通过水密网格包含判断、非水密网格有向距离判定以及表面距离容差补偿，降低网格孔洞和边界误差造成的误判；通过分别检测多个碰撞体并综合覆盖状态，准确量化物理碰撞体对视觉几何的覆盖程度，同时利用未覆盖采样点的空间位置实现问题区域定位。