基于Catmull—Clark细分的曲面裁剪运算

曲面裁剪运算是CAD/CAM领域最重要、最复杂的问题之一,四边形网格在工程CAD/CAM的实际应用中较为广泛.文中基于Catmull-Clark细分,提出一种对平面四边型网格进行操作的曲面裁剪运算:在细分曲面求交完成后,采用局部修改交点处的控制网格拓扑结构和局部修正控制网格顶点位置的方法,实现了对Catmull-Clark细分曲面的裁剪运算.文中还给出了控制网格上任意点在细分曲面上的位置计算推导、裁减算法流程与应用实例.     

Catmull-Clark细分曲面的误差界估计

Catmull-Clark细分曲面是定义在任意拓扑网格上的一种细分曲面的框架,它是双三次B样条曲面的一种推广.该文主要研究Catmull-Clark细分曲面的误差界估计.利用控制顶点的一阶差分来定义Catmull-Clark曲面的连续三层细分网格间的距离,推导出一个计算控制网格到Catmull-Clark曲面的误差界的公式.同时也说明Catmull-Clark曲面的控制网格是以指数速率收敛的.     

一种基于Catmull-Clark细分的渐进插值方法

提出一种基于Catmull-Clark细分的方法插值于任意拓扑的四边形网格的顶点.首先给出一种基于顶点的两步Catmull-Clark细分方法,基于该方法,提出的细分插值方法渐进地改变初始网格的顶点生成新网格,使得新网格经过基于顶点的两步Catmull-Clark细分后得到的极限曲面最后插值初始控制网格的顶点.改造的Catmull-Clark细分为每个网格顶点加入参数值,这些参数值提供了调整插值曲面形状的自由度.并证明了基于Catmull-Clark细分渐进插值方法的收敛性,通过实验验证了该方法的有效性.     

自适应Catmull-Clark细分算法

提出了一种基于Catmull-Clark细分算法的自适应算法，自适应过程由离散点的曲率C来控制，计算多面体中各离散点的曲率，与已给定的曲率值相比较后，得出的可继续细分的点，边，面和不可继续细分的点，边，面用来作为下一次细分的依据，按该步骤迭代可实现局部细化，采用原始Catmull-Clark细分算法，细分过程中网格数量会快速增长；而自适应算法通过选取理想的C值，能够大幅度抑制细分过程中网格数量的快速增长，并能获得与原始算法光顺程度基本一致的曲面。     

曲面细分模式的分类研究

从曲面细分的发展过程出发,对曲面细分模式进行了分类研究.按照初始网格单元的类型分别对三角形网格细分和四边形网格细分中几种典型的细分模式,如 Catmull-Clark细分、Loop细分、Doo-Sabin细分、蝶形细分、2细分、3细分进行了描述,重点对细分曲面的连续性、细分的规则进行研究并对曲面细分技术未来发展进行了展望.     

直线与高精度细分曲面交点快速计算方法

为解决直线与高精度细分曲面求交效率低和稳定性差的问题,利用细分曲面网格拓扑结构特性,研究直线与Catmull-Clark细分曲面求交的高效方法.首先,构造一个新的数据结构,实现Catmull-Clark细分曲面的分片表示.然后,对每个细分曲面面片创建轴对称包围盒,结合包围盒干涉检测技术,快速排除不与直线相交的细分曲面面片,根据细分曲面面片网格拓扑结构特性,提出细分曲面面片多级分割技术.最后,通过一定级别的分割并结合轴对称包围盒干涉检测技术,快速锁定与直线相交的四边形面片并获得交点.     

Doo-Sabin曲面控制网格的收敛估计

Doo-Sabin细分曲面是定义在任意拓扑网格上的一种细分曲面的框架,它是双二次B样条曲面的一种推广.基于这个性质Doc-Sabin曲面被广泛应用于具有任意拓扑结构的复杂形体的造型.本文运用Doo-Sabin控制点的一阶差分技术来研究Doc-Sabin细分曲面控制网格的收敛问题.证明了Doc-Sabin曲面控制网格以指数速率收敛,并给出了一个计算估计公式.在此基础上可以给出Doo-Sabin曲面的误差估计的计算公式.     

Catmull-Clark细分曲面的变距离偏置

给出了一种Catmull-Clark细分曲面的变距离偏置实现算法.在指定初始控制顶点对应极限点的偏置距离和偏置权值后,对基网格进行适当加密,新顶点的偏置距离采用带偏置权值的插值细分方法计算;然后在基网格控制顶点对应极限点的法向偏移指定距离,采用反复迭代的方法求解变距离偏置曲面的控制网格,保证了控制顶点对应极限点的精确偏置.变距离偏置不仅将偏置距离为常值的等距作为特例,而且作为一种曲面造型手段,可以实现细分曲面的局部成型特征和不均匀厚度薄壳体的构造,增强了细分曲面的造型功能.     

应用在联合细分曲面的离散PDE光顺方法

将离散偏微分方程(PDE)光顺方法应用在联合细分的控制网格光顺过程中,即以插值曲线对应的控制边为界将控制网格分割为不重叠的子网格.针对各个子网格分别求解离散PDE,得到控制网格理想曲率,然后在控制网格法向调整控制顶点位置,使控制网格的实际离散曲率逼近于理想曲率.在不同细分层次上,分别对各个子网格光顺,也就实现了控制网格局部和全局的光顺,同时消除了联合细分极限曲面中存在的凹陷等不光顺现象.除奇异点外,极限曲面均达到G2连续.该方法提高了联合细分曲面的质量,扩宽了联合细分的应用范围.     

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.     

细分曲面造型中的框架级布尔运算

提出一种对实体初始三角网格进行操作的布尔运算，称之为框架级布尔运算．通过该运算可以构造出一个新实体的初始网格，然后采用Loop细分算法完成该实体的光滑曲面造型．在初始三角网格的求交过程中使用注册机制对所得交点的拓扑约束关系进行分类推理，从而对浮点数值容差导致的失误进行了有效控制和纠错．     

Semi-stationary subdivision operators in geometric modeling

Based on the view of operator, a novel uniform subdivision construction method is proposed for free form curve and surface design. This method can give an appropriate manner of parameter change in the subdivision iteration with fewer parameters and better shape control, such as building local revolving surfaces. The convergent property of order 2 subdivision surface is elegantly analyzed using computing techniques of matrix. This method is promised to be valuable in Computer Aided Design and computer graphics, due to the simplicity both in mathematical theory and practical implementation, the similarity to the B-spline curve and surface, G1 continuity, the affine invariability and local flexible control.     

细分曲面的NC刀轨生成算法及实现

提出了一种基于LOOP细分规则的NC精加工刀轨生成算法,该算法将细分曲面应用于CAD/CAM系统,适用于任意拓扑的三角网格模型;通过控制曲面等距误差来生成满足给定精度要求的NC刀轨.其核心思想是:首先计算LOOP细分曲面控制顶点的极限点和法矢量,然后从极限点开始,沿其法矢方向以球头刀的半径长度按照给定精度向外等距,获得等距曲面,最后在等距曲面上生成精加工数控刀轨.实例表明该算法稳定、高效、误差小.     

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。     

Deformable surface modeling based on dual subdivision

Free formsurfaces ,especiallynon uniformratio nalB splines (NURBS) ,arewidelyusedincomputeraidedgeometricdesignandcomputer aideddesign/manufacturing .However ,usuallyasurfaceofarbi trarytopologycannotberepresentedbyasingleNURBS .Moreover ,itisverydifficulttosettheknotspacings,manipulatethecontrolverticesormodifytheweightstomeetsomedesignrequestsusingNURBS .Consequently ,subdivisionsurfacesappeartouniformlymodelanycomplexsurfacesofarbitrarytopology[1] .However ,interactivemethodsformodi …     

Defomable surface modeling based on dual subdivision

Based on dual Doo-Sabin subdivision and the corresponding parameterization, a modeling technique of deformable surfaces is presented in this paper. In the proposed model, all the dynamic parameters are computed in a unified way for both non-defective and defective subdivision matrices, and central differences are used to discretize the Lagrangian dynamics equation instead of backward differences. Moreover, a local scheme is developed to solve the dynamics equation approximately, thus the order of the linear equation is reduced greatly. Therefore, the proposed model is more efficient and faster than the existing dynamic models. It can be used for deformable surface design, interactive surface editing, medical imaging and simulation.     

基于NURBS方法的转子表面造型技术

采用双三次NURBS方法对某型号转子进行几何造型,对造型过程中出现的曲面延伸、求交和裁剪等问题进行了研究.根据叶片的形状特征,以曲线的几何形式为基础,提出了一种简单实用的曲线曲面延伸方法,实现了切矢量连续的叶片型面的延伸.对于两相交面分别为自由曲面和解析曲面的求交问题,提出了一种简化的跟踪算法,实现了转子叶片型面和圆台面的准确求交和裁剪,从而实现转子精确的几何造型.     

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．     

基于Loop细分的自适应细分曲面算法

首先研究了传统的Loop细分曲面算法,通过分析发现随着细分次数的增多细分算法中三角形网格片数增长过快。针对这一问题提出一种自适应细分曲面算法。算法根据相邻两个三角形面上的法向量的夹角,判断细分网格中较为光滑和非光滑的区域。实验结果表明,算法提高了数据处理速度,并且模型简单易实现。