基于CT图像的个体化假体反求设计

基于CT图像,采用反求工程(RE)与计算机辅助设计(CAD),研发了一套个体化假体的计算机辅助设计系统.采用本系统,可设计出良好匹配的个体化假体,完全可以用于临床.以髋骨关节反求为实例,对股骨上段做CT断层3 mm扫描,得到CT数据图像,用开发的系统对CT二维图像进行处理,获得骨骼内外轮廓,提取骨骼轮廓数据,重建骨骼三维模型,利用CAD软件solidworks2004设计假体,并模拟植入过程.设计的假体符合髓腔结构并可植入髓腔内.通过研究CT图像的个体化假体反求设计,证明该方法有效可行.     

基于计算机视觉的图像反求技术的研究与设计

图像琏术是指图像采集、图像编码、图像处理、图像通信和图像显示等综合技术，和人类的视觉能力比较，图像技术的零展还相差甚远，还有大量的研究工作要做。使用图像技术中的计算机视觉等理论与方法解决反求工程中的问题，做到将图像技术与反求工程相结合，可以扩展常规反求工程的应用范围。本文进行了基于视觉的计算机图像反求系统的设计，将图像技术特别是图像处理及分析的各种有效手段如计算机视觉等方法应用于反求工程，充分利用图像手段的各种优点，将两者有机地结合起来。     

计算机图像处理技术在基于非接触测量反求建模中的应用

对于复杂结构产品零件，借助非接触测量设备获取产品零件的外形和内部尺寸数据或图像。通过分析计算和CAD软件建立产品的几何模型已成为反求工程中的重要方法之一。本文针对微机械和精密产品实物三维数字化建模与改进设计中遇到的问题，着重论述将新一代三维工业CT作为测量手段，如何实现产品实物的数字化，产品三维几何信息与二位图形之间的关系以及图形处理方法。     

反求工程CAD建模技术

在综合介绍目前反求工程的CAD建模技术的基础上，提出一种实用的基于实物样件获取产品数学模型的CAD建模技术，结合对实际工业产品的反求过程，全面介绍了该技术中的表面数字化、散乱数据误差修正、散乱数据规则化、曲面重构、CAD建模等过程的技术要点，应用结果表明：该CAD建模技术实用，有效，能够有效避免产品反求过程中曲面畸变、干涉等变形的产生，生成的数学模型光滑、连续、几何信息完整；在数控加工和反求工程中有着广阔的应用前景，是推行并行工程的重要基础和支撑技术，同时，由于该技术的实施能在很短的时间内复制实物相提并论件，因此在实际应用中具有广为推广应用的价值。     

基于图像的浮雕曲面建模研究

提出了通过2D图像的灰度阶差异构造浮雕曲面的方法。主要解决了两个基本问题,首先将图像的灰度值转换为图像的深度,然后根据所得到的图像深度场,进行逆向求解,从而得到浮雕的曲面,为进一步的处理提供了曲面模型。对所提出的方法进行了实验验证,结果表明本文提出的方法是可行的。     

基于Solidworks的玻璃瓶反求设计

文章论述了对酒瓶进行反求设计,采集其表面数据,并基于Solidworks对扫描数据进行分析、处理,得出酒瓶表面特征。通过此测量模型了解分析酒瓶设计的基本思想,确定出合理的模型。此设计方法可为酒瓶新产品设计和老产品改造提供依据。     

基于轮廓线透视反求的三维重构建模研究

从一幅简单的图形出发,采用人工半自动提取产品的轮廓外形,利用灭点进行三维重构,计算产品的特征点的坐标及其相对位置.从透视学的角度出发,进行了透视元素、基本体素到组合体素的反求研究,并且给出了其相应的原理和算法.利用OpenGL显示轮廓的模型,搭建基于产品多感知因素的三维重构系统框架,实现设计重用辅助产品创新设计.     

基于轮廓线的透视反求研究

从一幅简单的图形中,采用人工半自动提取产品的轮廓外形,利用灭点进行透视反求,把二维信息转换为三维信息,计算产品的特征点的坐标及其相对位置,进行了透视元素、基本体素到组合体素的反求研究。并利用OpenGL显示轮廓的模型,搭建基于产品多感知因素的三维重构系统框架,实现设计重用辅助产品创新设计。     

阻抗CT图像重建算法的研究

经过严密的理论推导,提出了一种阻抗CT图像重建的新方法,它利用一系列等位线将场域分割成若干相互独立的区域,通过对这些区域单独进行分析,使得Jacobi矩阵稀疏化,既大大减小了内存量,又减小了计算量。在用等参四边形有限元法作正向问题计算的基础上对方法进行了实现和初步的计算机仿真计算,并同其它方法进行了比较。在求解线性超定方程时,应用了松弛型Hildreth区间规划算法,有效地克服了稀疏后的Jacobi矩阵非零元分布的不规则性和方程的不相容性。     

融合正向建模与反求计算的车用减振器建模技术研究

针对减振器调试过程中工程师凭借经验调试耗时耗力等局限性,引入反求的思想,开展了结合减振器正向建模与关键参数计算反求的建模技术研究.根据有限元与最小二乘法结合的思想,建立基于大挠度变形的正向阻尼特性模型,并分析得出影响减振器工作特性的关键阀片参数;在减振器阻尼特性曲线的基础上,建立了以计算机模拟结果与试验结果的误差为目标函数,减振器阀片关键参数为待求参数的反求模型.最后采用遗传算法辨识出对阀片变形的关键参数,使优化反求后的参数模型能与试验特性良好吻合.论文提供的方法可以在减振器内部重要参数未知的情况下,对减振器进行参数优化设计,为调试减振器提供理论依据.     

基于剔除拟合的股骨头修复建模

提出了一种可以获得目标病例健康时股骨头模型的新建模方法.通过CT扫描获得髋骨部位的序列断层图像,利用一种精确的自动分割方法提取图像中的髋臼轮廓.针对髋臼的特殊结构,使用辐条式采样法得到髋臼凹面的空间坐标点集.剔除坐标点集中的误差采样点.采用闭合形式解的最小二乘法拟合原始股骨头球面模型.通过对2例不同坏死程度的男性患者进行修复实验,证明此方法可以良好地还原坏死的股骨头模型,既为骨科临床中的精确手术定位提供了理论模型,又为针对个体化制造的人工假体生产提供了新的实践方法.     

基于逆向工程设计创新性实验

创新性实验并不是对某一知识点的简单验证,而是对相关知识的综合运用。为此,通过一个基于逆向工程开展的创新性实验,对如何将实验室现有资源充分应用于创新性实验教学进行了研究,并对提高实验室大型精密设备的利用率提供了参考和借鉴。     

逆向工程曲面重构中建摸策略的研究

通过对实际产品反求过程中曲面重构技术的研究,提出了基于曲面特征的曲面建模策略和基于截面线特征的曲面建模策略,并对其在CAD模型重建中的具体应用进行了分析,为逆向工程建模提供理论指导,以提高反求工作的效率。     

基于逆向工程的呼吸面罩设计

提出了利用逆向工程技术进行呼吸面罩个性化设计的方法.利用逆向工程方法获得了三维面部模型,基于人体面部的逆向造型提取出面部的特征点与特征曲线,并就典型的特征曲线进行曲面设计,完成呼吸面罩的造型设计.利用Surfacer与Pro/Engineer软件实现了特定人脸呼吸面罩的造型设计.     

原木CT图像3D重建及其虚拟加工技术研究

将科学计算可视化技术应用于原木CT图像的3D重建中,实现了一个具有用户交互切削、虚拟加工功能的系统Wood3D。使用该系统可以在计算机屏幕上虚拟切割出复杂形状的木产品,并通过阈值选取,实现对原木中缺陷图像的分割。通过进一步对缺陷3D立体化显示,使用户对缺陷的大小和分布有最直观的了解,进而选择最佳的切割方案。     

逆向工程在结构仿生设计中的应用研究

针对现代仿生设计中需用模型来模拟生物结构及原理的问题,提出了将逆向工程与结构仿生设计相结合的思想。以螃蟹模型为例,详细阐述了反求过程中扫描模型的建立、实物数字化、数据处理、CAD模型的重建等技术,成功完成了螃蟹曲面结构的三维造型。为将逆向工程技术应用到结构仿生领域定量研究动物三维几何特征的发展提供了一定的基础。     

逆向工程在鞋楦自由曲面重建中的应用

鞋楦是制鞋工艺中鞋型款式的基准，是制鞋的基础．目前，如何快速建立鞋楦3D自由曲面模型是鞋楦设计制作及鞋底模具制作的重要课题之一．基于此，本文导入逆向工程技术，阐述了其在鞋业中的应用．着重讨论了鞋楦3D自由曲面重建的关键技术，并建立了鞋楦的逆向处理流程，实现了鞋楦3D自由曲面模型的快速重建．对逆向工程技术在鞋业中的具体应用和深化推广有一定的意义．     

基于逆向工程的皮纹雕刻加工技术研究

介绍了皮革纹理的逆向工程技术，分析了纹理的数据采集、特征处理、CAD曲面重构等方法，并通过实例验证了其四轴雕刻加工的可行性．为皮纹的模具制造奠定了基础．     

基于逆向工程的注塑模具设计研究

介绍了应用逆向工程技术结合三维设计软件设计注塑模具的方法。使用机械式三维坐标测量仪，测出电话壳的点云并对其处理，利用Pro／E软件曲面造型功能，构造出电话壳的CAD模型，再用Pro／E软件的模具设计模块设计出电话壳的注塑模具。实现了电话壳注塑模具的快速设计。在注塑件设计研发过程中，应用逆向工程技术和三维设计软件缩短了新产品的研发周期，提高了企业在市场上的竞争力。     

基于正交图像的头部三维模型构建

为快速构建人体头部的三维模型,提出了一种使用头部正面和侧面两张正交图像进行重建的方法.首先,利用Candide-3模型生成标准头部模型;然后,利用改进的主动形状模型(ASM)自动获取正面图像中68个特征点和侧面图像中35个特征点,并将获取的特征点与标准头部模型中的顶点进行匹配,利用匹配特征点对标准模型进行全局变形和局部变形,从而获得个性化模型;最后,对侧面头像进行仿射变换,使之与正面图像配准,并通过柱面投影和加权融合获得人脸全景纹理图,将其映射到个性化模型上以获得逼真的头部模型.实验结果表明:与传统ASM算法相比,利用改进ASM算法获得的特征点定位准确度提高了13.1%;所提方法仅需约1.2 s便可重建出具有真实感的头部三维模型,并能提供较大范围的可视角度和较丰富的深度信息.