基于特征点立体匹配的曲面外观形状检测VR系统技术领域
本发明涉及一种VR(Virtual Reality，虚拟现实)系统，特别是涉及一种基于特征
点立体匹配的曲面外观形状检测VR系统。
背景技术
目前工业领域，尤其是机械结构加工制造领域，针对大型的曲面(体)外观外形的
质量检测，是一个比较复杂的难题，如针对各种不规则曲面(异形)加工、制造的后期外观外
形质量检测。对具有整体协调要求的大型复杂曲面的宏观形状检测/测量问题，目前仍是国
内外检测/测量技术领域尚未完全解决的问题。大型复杂曲面的宏观形状测量问题是具有
重要理论意义和广阔应用前景的实际课题。例如，飞机机翼曲面的宏观形状对飞机整体性
能而言至关重要，解决其快速外形形状检测问题有助于提高飞机的空气动力性能、形式性
能和寿命、降低油耗、节约能源，更重要的是有助于加速飞机产品更新换代周期。一般都是
采用专用的、价格高昂的大型定位、测量设备完成，操作复杂、费时费力，效率低下，对操作
者有很高的技术门槛。
目前现有的外观外形检测(测量技术)方法，有激光自动测量技术、应用图像编码
器三维曲面测量、或复杂的数学和算法建模进行匹配，这些设备机械电子结构、机电控制相
当复杂、专业技术门槛极高、操作人员需要很强的专业知识和需要长时间的专业培训。随着
计算机技术和图形图像以及虚拟可视化技术的发展，各种可视化的三维显示，如虚拟现实
体验、增强现实技术，也得到快速发展，但目前这些显示只能用于观察并不能直接用于外观
外形的监测和测量。目前工业测量上急需要一种简便的可视化的大型曲面(体)外形检测/
测量设备，这种设备可以将个体化的(异型)曲面(体)虚拟结构图像与真实的现场物理结构
进行匹配，同时可根据测量者的最佳观察需要进行可视化调整(显示属性)，如3D成像的透
明度、色彩、特征点等，以便更好地与实际物体进行三维空间的立体匹配，从而达到外形形
状的检测和测量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于特征点立体匹配的曲面外观形状检
测VR系统，其能够用于工业曲面外观形状检测，将设计过程和检测过程结合在一起，解决了
现有技术和方法无法对特殊曲面或部件之间的遮挡、重叠部分检测的问题，操作简便使用
成本低，适用于普通操作人员。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于特征点立体匹配的
曲面外观形状检测VR系统，其包括3D重建处理系统、VR设备、交互系统，3D重建处理系统读
取原始3D设计的数据进行处理，通过VR设备上的摄像装置实时显示被测量构件，采集到的
数据传到3D重建处理系统进行特征点匹配，同时可根据测量者不断调整，经交互系统确认
后，生成最终的可视化的3D显示数据，此数据最终显示在VR设备上，3D显示数据可以通过有
线或无线连接的通信方式传输图像数据，测量者通过观察VR设备上显示的可视化特征点和
物理世界中的构件上的特征点进行最佳3D匹配，从而确定此被测构建是否符合外形尺寸的
质量要求。
优选地，所述3D重建处理系统由高性能计算机系统和图像图形处理算法组成，图
像图形算法根据被测量部件的3D设计数据，提取被测量部位3D/2D空间信息和特征信息，根
据测量者确认或交互确认，最终生成待匹配的可视化图形图像数据，供VR设备显示。
优选地，所述VR设备指导操作者用来进行虚实3D特征点匹配的的可视化显示，可
提供2D或3D实时动态或静止图形图像数据。
优选地，所述交互系统包括3D重建处理系统和操作者的交互，用于和PC系统相连
接的鼠标、键盘、手柄、遥控器等输入设备的交互输入输出，也用于和操作着对于VR数据的
交互确认过程。
优选地，所述3D重建处理系统可以是任何具有信息处理功能的通用处理器、DSP、
FPGA，GPU承担核心数据处理、转换、变换。
优选地，所述VR设备可以是具有和3D重建处理系统进行某种直接或者间接、有线
或无线的连接，在线或离线进行连接的显示设备，可以和3D重建处理系统进行基于通用数
据线的连接，也可以是基于wifi的连接，也可以是进行专业视频数据线的连接，传输数据格
式可以是基于网络包的数据，也可以是基于并行或串行的视频数据或图像格式的数据。
本发明的积极进步效果在于：本发明能够用于工业曲面外观形状检测，将设计过
程和检测过程结合在一起，解决了现有技术和方法无法对特殊曲面或部件之间的遮挡、重
叠部分检测的问题，操作简便使用成本低，适用于普通操作人员。
附图说明
图1为本发明基于特征点立体匹配的曲面外观形状检测VR系统的原理图。
图2位本发明中3D重建处理系统的处理流程图。
图3位本发明中3D重建处理系统的原理图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1至图3所示，本发明基于特征点立体匹配的曲面外观形状检测VR系统包括3D
重建处理系统、VR设备、交互系统，3D重建处理系统读取原始3D设计的数据进行处理，通过
VR设备上的摄像装置实时显示被测量构件，采集到的数据传到3D重建处理系统进行特征点
匹配，同时可根据测量者不断调整，经交互系统确认后，生成最终的可视化的3D显示数据，
此数据最终显示在VR设备上，3D显示数据可以通过有线或无线连接的通信方式传输图像数
据，测量者通过观察VR设备上显示的可视化特征点和物理世界中的构件上的特征点进行最
佳3D匹配，从而确定此被测构建是否符合外形尺寸的质量要求。
3D重建处理系统由高性能计算机系统和图像图形处理算法组成，图像图形算法根
据被测量部件的3D设计数据，提取被测量部位3D/2D空间信息和特征信息，根据测量者确认
或交互确认，最终生成待匹配的可视化图形图像数据，供VR设备显示。3D重建处理系统可以
是任何具有信息处理功能的通用处理器、DSP、FPGA，GPU承担核心数据处理、转换、变换。
VR设备指导操作者用来进行虚实3D特征点匹配的的可视化显示，可提供2D或3D实
时动态或静止图形图像数据。VR设备可以是具有和3D重建处理系统进行某种直接或者间
接、有线或无线的连接，在线或离线进行连接的显示设备，可以和3D重建处理系统进行基于
通用数据线的连接，也可以是基于wifi的连接，也可以是进行专业视频数据线的连接，传输
数据格式可以是基于网络包的数据，也可以是基于并行或串行的视频数据或图像格式的数
据。
交互系统包括3D重建处理系统和操作者的交互，用于和PC系统相连接的鼠标、键
盘、手柄、遥控器等输入设备的交互输入输出，也用于和操作着对于VR数据的交互确认过
程。交互系统可以通过3D重建处理系统，或VR设备上分别部分实现或独立实现，交互方式可
以是接触式的，例如操纵杆或鼠标键盘等设备；也可以是无接触式的，例如基于遥控器方式
的。
本发明不需要额外太多的辅助的专业化仪器和设备。通过核心可视化数据处理、
显示算法和通用处理能力的系统组成的3D重建系统，外加VR设备和简单的交互，即可实现
高效率大型异型曲面的外形检测和测量。
本发明具有以下六个优点和效果：
一，易用性：通用处理系统，制作简单，体积轻巧，只由一台(便携式)计算机处理系
统和一套具有显示功能(或摄像)的VR设备。
二，安全性：所有匹配数据均来自设计数据本身和实际被测构件本身(生产加工
后)，系统只提供关键设计数据生成及显示，加工制造者之根据自身条件，根据设计数据进
行加工制造；操作者通过最佳立体匹配决定匹配是否合格。
三，结构：不需要复杂的、高度精度要求的机械或电气结构，图形化和可视化数据
软件处理系统和显示系统即可。
四，成本：基本属于原材料固定成本，核心数据处理算法或具体功能可以定制或根
据需要可以升级，不额外增加固定成本。
五，技术参数：系统3D重建时间取决于处理系统的性能，配置越高，所需重建时间
越少；操作精度取决于VR设备显示图像的比例和虚实匹配的程序；生成局部显示图像尺寸
越大、匹配区域越小，匹配精度越高。
六，实验效果：操作简单，操作过程高效便捷，数据处理效果稳定可靠，具有实用推
广价值。
综上所述，本发明能够用于工业曲面外观形状检测，将设计过程和检测过程结合
在一起，解决了现有技术和方法无法对特殊曲面或部件之间的遮挡、重叠部分检测的问题，
操作简便使用成本低，适用于普通操作人员。
以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行
了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制
本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本
发明的保护范围之内。