基于网格模型的空腔建模算法

提出了一个基于网格模型的空腔建模算法,目的是实现骨髓腔的精确建模。算法基于先离散后重建的思想,从三维网格模型的离散点云数据中搜索空腔边界环,根据空腔边界环进行三角划分得到最终的三维空腔模型。改进了判断内、外边界环的关系的射线法,并提出基于分层的三维点集空间直接三角划分算法,最后以股骨骨髓腔和牙髓腔的建模为例,验证了该算法的有效性和稳定性。     

三维封闭三角网格模型的缺失实体孔洞修复算法

提出一种针对三维封闭三角网格模型的缺失实体孔洞修复算法,由初始导引点出发,根据几何特征搜索孔洞边界,并以水平集方法扩展边界,获取目标问题区域。基于边界采样和投影方法建立代理曲面,实现了内环三角化细分和三维网格表面的自由变形。通过合并环间区域和引入边缘约束的平滑过程,得到缺失实体孔洞的上缝合面。在此基础上向内扩展,获取孔洞下表面边界轮廓,搜索出上下边界环之间的三角网格区域,并利用同样的方法构建缺失实体孔洞的下缝合面。最终,连接上下缝合面以及两个边界轮廓环之间的三角网格区域得到修复实体。试验制作的样件表明,算法能简化人工交互设计的步骤,生成高质量的修补结果。     

网格曲面数控加工编程分型线提取算法

针对复杂网格曲面分型线提取精度和效率不高的问题,根据非封闭自由曲面和封闭自由曲面的拓扑信息和几何特点,提出了2种基于投影方法的分型线提取算法. 对非封闭模型,首先将模型投影到平面并重新三角网格化,然后提取投影三角网格的边界,最后以平面三角网格的边界为检索信息在原始网格中检索得到自由曲面的分型线. 对封闭模型,根据模具分模的几何原理,提出通过建立封闭自由曲面凹模和凸模离散几何模型的方法提取封闭自由曲面的分型点,然后通过一环邻域点搜索法对分型点排序,得到分型线. 实验结果和数据分析表明,两种方法可以精确、高效地提取非封闭和封闭自由曲面的分型线,并可以确保分型点都是三角网格曲面的顶点.     

STL数据的Parasolid数据变换

为满足STL与Parasolid几何建模核心之间数据直接交换的需要,提出在对三角网格模型数据分割的基础上,利用角点对三角网格曲面边界进行分段,以各边界段的近似中点和递归细分算法提取边界段上的特征点,采用Dijkstra算法计算对应边界段上对应特征点之间的最短路径线以获得空间四角形的节点数据,通过Parasolid函数以插值的方式重构三角网格模型的自由曲面并进行曲面缝合,最终将STL数据转换成Parasolid数据。应用实例表明了所生成模型的稳定性与可靠性。     

基于网格特征临界点的三维工程模型检索算法

为有效检索并重用现有三维模型及相关设计知识,针对工程三角网格模型,提出了一种与计算机辅助设计系统无关的基于网格特征临界点的三维工程模型检索算法.根据Morse理论,采用网格顶点处的离散平均曲率作为光滑实值函数,计算网格特征临界点;采用两临界点间近似测地距离和顶点法矢夹角余弦值作为联合形状函数,按照极大值点、极小值点和鞍点,分别计算同类临界点间的联合形状函数得到形状分布,从而将模型的比较映射为形状分布矩阵的比较.在普渡大学建立的工程标准模型库上对算法进行了验证和比较.实验结果表明,本算法客观反映了工程模型的相似程度.明显提高了基于图形分布检索算法的有效性.     

散乱三维测量数据构建三角形网格模型的研究

三角网格模型广泛应用于曲面重构、快速原型制造和三维真实感显示等领域.针对三维测量得到的无拓扑关系的散乱无序点集,提出了一种三角网格模型构建算法.首先进行点云粗分组,然后从最高点根据Delaunay划分原则,按照循环扩展的思路生成三角形网格.通过控制合适的三角形生长条件,有效避免了三角面片交叉错乱、退化、法向量不一致缺陷.应用实例表明,该算法能有效完成各类复杂型面三维测量数据的三角网格模型构建.     

基于体素模型的多孔结构骨支架快速建模

为解决组织工程骨支架多孔结构设计建模问题,提出1种基于体素模型的多孔体骨支架建模方法。基于CT断层扫描图像,采用MC算法3维重建骨支架三角网格模型;采用分区划分,逆向追踪求交分层算法,获取骨支架分层截面轮廓线段;基于离散采样法,对分层截面轮廓线段等距扫描线填充、离散,生成骨支架体素化模型;构建孔隙单元结构,以体素化空间为约束边界,通过孔隙单元"映射",构建出多孔骨支架模型。研究结果表明,所提算法可以快速构建出能够构建孔隙结构可控的多孔模型,从而为骨支架建模提供了1种可行性的方法。     

离散数据点集的3D三角划分算法研究

在实物测量造型过程中,根据离散点集进行三角网格划分是其关键环节之一,也是进行后续进行曲面重构的前提和基础。本文在当前的三角网格划分方法比较之后,提出了一种散乱点集的三角网生长算法,该算法无须对离散点集所对应的自由曲面进行分片投影,直接在3D空间从已划分区域边界到未划分区域按照Delaunay准则生成三角网格,并给出了用此算法处理散乱数据的试验结果。     

基于二面角的三角网格简化算法

逆向工程建模自动化技术的发展,提高了对网格简化质量的要求.为了在大规模简化时保持模型的重要几何特征,在Garland二次误差测度算法基础上,提出二面角的三角网格简化算法,编写了实现算法的Matlab程序.通过实例与Garland算法进行比较,结果表明基于二面角的三角网格简化算法很好地保留了模型的几何特征,提高了网格简化质量,能满足自动化建模的要求.     

基于隐式曲面的三角网格模型等距算法

针对三角网格模型,提出了一种基于隐式曲面的等距算法.该算法首先对三角网格模型进行拓扑重建,然后对顶点进行八叉树采样,由采样点及采样点的单位法矢点来构建隐式曲面,将隐式曲面等距,最后将原模型的顶点投影到等距曲面得到投影点,根据先前建立的拓扑关系,将投影点三角网格化得到等距后的三角网格模型.该算法在一定数值范围内避免了等距模型自交问题,而且等距模型三角网格均匀,质量高.     

快速成型中二维层片信息重建技术

快速成型包括三维模型的分解过程和二维层片的组合过程,二维层片的组合是快速成型技术必要的实现过程。通过ObjectARX二次开发接口,将三维CAD模型切片后的二维层面进行信息处理,完成层片轮廓线由闭合环构成,环由首尾相接的有向线性实体构成,并判断出环的旋转方向,实现了二维层面信息的重构技术,使模型分析更为简便。     

基于Matlab三维数据点三角剖分方法研究

逆向工程中点云数据点三角划分处理,在散乱数据插值曲面构造、快速原型制造以及有限元分析等方面有着重要的应用.根据Delaunay三角划分理论及Lawson优化准则,借助于Matlab中用于点云处理模块快速实现了空间散乱数据点的直接三角划分,给出了数据点三角划分程序代码,并以某小客车车身外表面点云数据处理过程加以验证,给出其外形数据点Delaunay三角划分以及凸壳包络图,由此可以早期发现逆向设计过程中可能存在的问题,从而减少后期修改次数,极大缩短新产品的开发周期,提高了设计精度.     

密集散乱数据三角划分及数据压缩

介绍了Delaunay三角划分方法，运用一种算法对密集散乱数据进行三角划分，并在给定容差条件下对其进行成批压缩。由点云数据中最大、最小的六个点构成初始八面体，将数据分割为八个星角形区域上的凸包数据，在每个凸包数据中，搜寻到其对应的三角形的垂直距离最大的点，如果距离大于给定的容差，则将该点插入并局部优化三角网格。反之则将该点压缩掉。最后给出的实例证明了该算法的有效性和效率。     

STL File Generation with Data Reduction by the Delaunay Triangulation Method in Reverse Engineering

Reverse engineering has been widely used for the shape reconstruction of an object without CAD data and typical steps include the scanning of a clay or wood model and the generation of manufacturing data such as an STL file. A new approach to remove point data with Delaunay triangulation is introduced to deal with the size problems of the STL file and the difficulties in the operation of the rapid prototyping (RP) process. The selection of a group of triangles, based on the angle, is used for a robust and reliable implementation of the Delaunay triangulation method. The developed software enables the user to specify the criteria for the selection of the group of triangles by the angle between triangles, the percentage of reduced triangles, and the allowable area. This approach can be used to reduce the measuring data from the laser scanner, thus save the handling time of point data during the modelling process and is useful for verifying and slicing the STL model during the RP process.     

基于断层序列图象的三角域拓扑模型快速剖分算法研究

介绍了一种对三角域拓扑模型进行任意截面快速剖分的算法:在断层序列图象的三维重建过程中,划分并规整三角面片,然后以空间立方体序列的形式进行组织,得到具有清晰毗邻关系和索引结构的表面模型。在以任意角度截面剖分模型时,根据空间立方体的索引关系快速检索被切割到的三角面片,依次进行剖切处理,最终得到三维模型的任意剖面轮廓线。该算法在实际中得到应用,效果良好。     

反求工程中基于边界扩展的三角网格构造

针对非接触式方式测量的大规模散乱点云数据建模，提出一种三角剖分算法，该算法适用于多张自由曲面片构成的曲面物体，尤其适用于含内孔的曲面对象。算法过程包括两个阶段：第一阶段，采用一种空间栅格装点法来进行初始点云数据精简，精简比率通过栅格小正方体单元尺寸控制；第二阶段，构造种子三角形，通过连接已剖分网格区域的边界边与最优扩展点采形成三角网格，从而向外延展，也可以时一个带有内孔的复杂自由曲面直接进行三角剖分，无需人工分区。实验结果表明该算法可以快速、有效地从三维数据点云建立几何模型。     

B-spline surface reconstruction and direct slicing from point clouds

The issue of surface reconstruction and slicing from point clouds has been receiving extensive attention recently. When using the B-spline surface fitting technique, the difficulty of parameterization exists. At the same time, for interfacing between reverse engineering and rapid prototyping, the point clouds are usually converted to an stereolithography (STL) model. This leads to a huge file size and requires expert modeling skills. The objective of this work is to establish a base surface parameterization and direct slicing strategy for scattered data based on a cross-sectional design technique. We first present a new method of directly extracting sectional contours from point clouds. Then, we create a base surface by skinning the primary boundary curves and interior sectional curves. Based on a good parameterization, the final surface is achieved with tight tolerance. Several practical examples have demonstrated the feasibility of the proposed method. It can be widely used in Number Control (NC) machining and rapid prototyping.     

基于ICT图象的实体建模研究

本文研究了基于 Ｉ Ｃ Ｔ 切片图象的实体建模技术，重构了产品的实体模型．针对装配体 Ｉ Ｃ Ｔ 切片图象的特点，提出了切片采样，精确识别轮廓控制点的算法，基于简单环的内外边界识别，实体建模，基于二维图形特征和上下切片特征之间的关系识别三维特征，通过以上方法提高了实体建模的精度。     

复杂曲面特征线自动提取技术研究

复杂曲面零件的几何模型重构是逆向工程的研究重点之一,由零件表面的数字化数据提取特征线是构造几何模型的重要步骤。针对由CMM获取的三维数据“点云”,提出了基于扫描线的三维分层式方法实现特征线的自动提取,提出了基于局部增量网格扩张的三维散乱数据三角剖分算法,实现任意曲面尖锐棱线的自动提取。实践说明,通过该算法得到的复杂曲面的边界线能够满足模型重建的工程需求。