反求工程中散乱点云数据的自动分割与曲面重构

提出了一种在反求工程中对散乱点云数据进行自动分割与曲面模型重构的方法．建立了散乱点云数据之间的拓扑信息，对点云数据进行三角剖分重构网格曲面模型．基于网格曲面求解点云数据的曲率极值，提取边界点云，进一步拟合成边界曲线．利用边界曲线将整个点云自动分割，每一片点云采用二次曲面或自由曲面进行拟合，对于二次曲面可以根据参数自动确定曲面类型，最终得到完整的CAD模型．用一个鞋跟模型的实例证明了该方法的有效性．     

NURBS构造N边域曲面方法

应用 NURBS,讨论了根据给定的(N-1)条边界曲线及其跨界导矢构造 N 边域曲面的方法,由参数域Ω中任一点 V 到边 E的距离 d 构造曲面的混合函数,再由 B 样条曲线的边界曲线和其跨界导矢可得插值于其上的映射 P,这样由混合函数和给定条件的映射可生成一张整体几乎处处 G~1连续并且几乎处处 C~1值于给定的(n-1)条边界曲线及其跨界导矢的 N 边域 NURBS 曲面。     

NURBS曲面和隐式曲面求交的局部加密算法

基于等值线法求取NURBS曲面与隐式曲面交线的原理,提出了一种局部加密的改进算法。通过局部加密算法减少正则网格单元顶点处h值计算数目。采用拟牛顿迭代法求交点、B样条曲线拟合参数域上的交线等改进算法,提高了NURBS曲面与隐式曲面求交算法的效率和精度,并通过MATLAB编程进行了验证。     

汽车逆向设计中用NURBS曲面拟合点云数据

针对汽车的逆向设计,利用非接触测量方法中的CDD相机拍照法得到一组点云数据·将Tritop,Atos和CATIA三种软件联合应用,对点云数据进行了筛选、划分,用曲线拟合的方法做出了点云的特征线网格,并在此网格的基础上,利用NURBS曲面拟合技术,得出了点云的曲面造型·通过将拟合得到的曲面造型和原始点云数据的对比,对拟合曲面进行了误差分析·结果显示,只是在凹槽的边缘部位误差稍有增大,但也在很小的范围内变化,符合实际设计时的要求·由此证明,此种多软件联合应用的方法在处理曲面造型的逆向设计方面是可行的·     

基于分片与重构的复杂曲面建筑网格划分方法

对于复杂曲面,如边界裁剪、存在孔洞等情况,提出了一种曲面分片并重构的方法。应用该方法可消除裁剪边界及孔洞的负面影响,提高建筑网格划分质量。首先,在曲面上绘制分片的边界。然后,应用多边形构造算法并进行修改补充,求拓扑关系,识别分片的区域。接着,对识别得到的子曲面区域,采用插值及松弛算法得到较均匀的n×m规整采样点,并进行曲面重构,得到独立于原曲面的子曲面。再在各个相互独立的子曲面上分别划分网格。最后,对子网格进行合并,并在原曲面上进行松弛。多个算例表明,网格均匀、流畅,边界效果较好。     

基于离散化的复杂曲面建筑网格划分方法

为实现存在裁剪、孔洞的复杂自由曲面建筑网格划分,提出了一种基于离散的、以均匀性为目标的划分方法.将复杂曲面离散并缝合,形成由大量面片组成的离散曲面,作为多个参数曲面的一体化表示.采用改进的误差扩散算法,在离散曲面上按一定的密度进行初始布点.采用基于空间距离的粒子动力松弛算法对点云进行初步均匀化,并应用基于曲面距离的k均值算法进行再次均匀化.对均匀的点云求曲面距离的Voronoi图,并获得相应网格.对网格进行拓扑优化和光顺优化.算例表明,本文算法可有效处理存在裁剪、孔洞的复杂自由曲面,并得到均匀光顺的三角网格.     

一种新的曲面有限元三角网格划分方法

新方法在参数域内按修改的Delaunay准则生成网格,然后将此二维网格映到曲面,由于映射变形的存在,曲面上的三角形外接圆对应到参数域上会变形为椭圆,插点位置也随之改变为外接圆圆心,对此提出了了一种插点定位算法和椭圆近似构造算法,针对边界附近的插点而提出了一种边界段外接椭圆构造算法,采用了多个指标对风面边界离散和参数域网格加密进行控制,有效保证了网格质量,实验表明该方法具有一定的应用价值。     

复杂曲面上任意方面曲线映射的计算

针对在CAD／CAM中经常需要在复杂形体上描绘曲线，提出了自由曲面上映射曲线的计算方法，通过把沿任意方面曲线向曲面映射的问题，转化为一系列等参数曲线与一般柱面的求交问题，减少了工作量，提高了计算效率，由于该方法通过计算参数空间的映射曲线来求出模型空间的映射曲线，使最终结果更加准确，同时采用了NURBS方法，使所有的曲线曲面表示都统一在同一种形式之下，更有利于后续的处理工作。     

复杂曲面上矢量化贴图显示研究

选择双三次Bezier面片逼近复杂曲面．在对曲面三角形网格划分和平面图案矢量化形成参数式曲线的基础上，将复杂曲面上图案映射计算问题转化为点或直线的映射．算法先得到图案空间与对象空问的坐标映射对应关系，利用对象空间与屏幕空间的透视投影原理，确定图案空间与屏幕空间的对应关系．     

自由曲线曲面重构的数据结构设计

自由曲线曲面重构的数据结构设计是开发逆向工程软件的关键技术之一，该文以MFC(微软基础类库)为基础，研究了基于四边域参数的B-Spline和NURBS曲面重构的数据结构设计的原理、方法及应用，它包括4个部分：点云的数据处理、曲线曲面的反求、矩阵方程解法的组织和曲面的OpenGL显示，实践表明，利用这种方法可以构造简洁的数据结构和高效的曲面反求算法，以解决计算精度和速度问题；利用OpenGL的硬件加速功能可以解决显示速度及质量问题。     

基于弹簧质点模型的自由曲面四边形网格平面化研究

为实现对自由曲面的平面四边形网格划分,提出了一种基于力学模拟的网格优化算法,建立了包含杆件长度的约束力、边界固定质点约束力、曲面对质点的吸附力、网格平面化作用力的弹簧质点计算模型.首先,采用映射法或其他方法对曲面进行初始四边形网格划分,在获得曲面的初始网格划分的基础上根据不同网格性能的侧重要求,计算出相应的弹性系数k_(ij)、边界约束刚度k_c、对网格点的吸附刚度k_m、平面化控制系数p_c,建立以平面化为目标的网格弹簧质点模型,通过动力松弛法,经多次迭代得到平面化网格;然后结合四边形平面化指标,以流畅性指标和均匀性指标对网格进行质量综合评价,同时引入网格偏离指标对网格的形状进行控制;最后,进行了算例验证,算例表明,弹簧质点平面化网格计算方法可以很好地适应自由曲面,通过调整参数,在一定条件下可使网格平面化的许允误差限制达到合理范围,同时可以兼顾流畅性和均匀性的要求.     

基于点云数据的曲面重建算法比较研究

针对现有的多种点云数据曲面重建算法,从曲面重建的网格曲面、隐式曲面、参数曲面三种不同重建方式入手,比较了四种算法针对不同目标物重建的优劣,并给出相应的精度评价。实验结果表明:基于NURBS参数曲面重建的方式最佳,基于贪婪投影三角化网格曲面重建的方式其次,基于移动立方体与基于泊松方程隐式曲面重建方式的时间复杂度与空间复杂度较大,且重建后的点云模型误差也较大。     

三维CAD曲面四边形网格划分及局部加密技术

利用ＣＡＤ与ＣＡＧＤ系统中三维自由型曲面造型的数学方法,根据曲面上网格剖分的密度要求及曲率变化,先在定义曲面的参数平面域上生成密度可变的全边形网格,然后利用曲面方程将参数域上的网格映射到曲面上。实现了任意自由型曲面密度可变的全四边形网格剖分。为有限元分析系统与ＣＡＤ几何造型系统的集成提供了一种高效,可靠的前处理手段,输入数据是ＣＡＤ或ＣＡＧＤ系统中曲面的控制顶点或插值边界。该方法运算速度快,效率高     

曲面的NURBS插值问题

对于给定的曲面型值点及边界条件 ,本文利用二次NURBS曲面的矩阵表达式 ,给出一个反求二次NURBS曲面控制顶点的算法。     

船体曲面的NURBS表达与设计

在AutoCAD的ObjectARX开发环境中，以VC^ 为编程语言，建立了AutoCAD图形数据库与外部数据库的数据链接，采用非均匀有理B样条技术，对综合定型值点的船体曲面插值及边界条件处理进行了研究， 构造出以NURBS为统一数学表达式的船体曲面。根据投影原理，对船体曲面与任意平面的求交问题给出数值算法。首先用直线段逼近曲面的单参数曲线，在投影坐标系内求出直线段与平面的交点，再将交点映射到实际坐标系中得到真实的交点，这些点的集合即为平面与曲面的交线。     

三维 CAD 曲面四边形网格剖分及局部加密技术

利用ＣＡＤ及ＣＡＧＤ系统中三维自由型曲面造型的数学方法,根据曲面上网格剖分的密度要求及曲率变化,先在定义曲面的参数平面域上生成密度可变的全四边形网格,然后利用曲面方程将参数域上的网格映射到曲面上．实现了任意自由型曲面密度可变的全四边形网格剖分．为有限元分析系统与ＣＡＤ几何造型系统的集成提供了一种高效、可靠的前处理手段．输入数据是ＣＡＤ或ＣＡＧＤ系统中曲面的控制顶点或插值边界．该方法运算速度快,效率高,生成单元的质量好．     

从有边界点云数据生成偏移细分曲面

提出一种根据给定精度从有边界点云数据生成偏移细分曲面新方法.它是基于有边界的Loop细分,运用细分的局部特性,通过循环修正、优化、自适应细分域曲面的控制网格,使域曲面不断逼近点云数据,通过对域曲面的标量偏移来表示待构曲面的细节特征.利用细分曲面的任意拓扑适应性、整体连续性,重构出具有细节特征的无需裁剪和拼接的待构物体偏移细分曲面.实例表明,该算法不仅具有稳定性,同时构造出的细分曲面还具有较高的重构精度,较好地满足工程实际需要.     

基于微分流形的NURBS曲面重建

为了提高大规模散乱点云重建的效率和精度,提出了一种基于微分流形的NURBS曲面重建算法:首先依据包围盒中的点云主曲率的Hausdorff距离提取特征点,在保证精度的前提下最大限度保留点云拓扑特征;其次在NURBS曲面重建算法中引入微分流形,使用测地线距离来构造曲面的基函数,从而实现了对曲面顶点的自由控制;最后归一化基函数得到单位分解,复合单位分解得到完整曲面模型.实验结果表明,该算法在大规模点云数据的重建中优势明显,且达到了效率和精度的均衡.     

基于气泡吸附的自由曲面三角形网格生成方法

为了满足自由曲面网格结构对网格均匀性的要求,提出了一种自由曲面的三角形网格自动生成方法——空间气泡法.首先,按一定规则在曲面上布置适量的网格点;然后,将网格点模拟为大小相同的弹性气泡,引入气泡间的相互作用力,得到各气泡的运动控制方程,并利用Velocity-Verlet算法求得气泡系统的平衡状态;接着,通过求气泡中心点的三维Voronoi图与曲面的交线得到曲面上的Voronoi图;最后,对曲面Voronoi图做对偶变化并删去冗余边,得到曲面上的Delaunay图,即所求的三角形网格.算例表明:该方法自动化程度高,适用范围广,生成的网格规整、均匀,为网格结构的设计提供了便利.     

刀具扫描体与曲面法矢求交新算法

提出一种实现刀具扫描体与曲面矢量求交的有效算法．将扫描体与复杂曲面法矢的求交问题,转化为三角网格与有向线段之间的求交计算．建立此两者求交计算的求交子集．减少以往算法中不必要的求交计算．提高算法的效率．文中同时给出．基于该算法的整体叶轮叶片复杂曲面加工的应用实例．