基于交互的B样条曲面重建与误差计算

基于三角网格模型的B样条曲面重建技术得到深入发展,计算与显示重建后的B样条曲面与原始测量三角网格之间的误差对分析曲面重建品质有重要作用。一种较为实用的B样条曲面重建方法是对三角网格模型进行四边界区域划分后进行栅格式采样,再根据采样点进行B样条曲面拟合。针对这种重建方法,研究了一种建立三角网格顶点与四边界区域对应关系的算法,再用离散的方法计算点到对应曲面的距离误差,最后用线性插值方法实现误差彩色．云图的显示。     

一种散乱数据曲面拟合算法

这里提出了一种散乱数据点的曲面拟合方法。首先，先对点云进行网格划分，然后采用二次曲面的最小二乘拟合确定网格点的坐标。再对这些行的网格点进行蒙皮曲面造型，生成B样条曲面。为了得到更高精度的逼近曲面，以此曲面为基面，采用B样条曲面的最小二乘拟合方法对原始散乱点云作进一步参数化。从而可以获得较高逼近精度的曲面。最后给出的算例证明此方法是简单有效的。     

网格曲面上两相离曲线段的光滑过渡

将欧氏空间中两非均匀B样条曲线间G1连续条件拓展到曲面空间,提出一种构造网格曲面上两相离曲线光滑过渡曲线的方法.网格曲面上的曲线采用测地B样条表示,具有与欧氏空间中传统B样条相一致的明确数学模型.基于三角网格模型的拓扑邻接关系,提出一种网格曲面上测地线的延长线离散逼近算法,以此为基础,建立两测地B样条曲线间G1连续条件,将边界连续条件转化为控制顶点的位置约束,从而构建两曲线间的光滑过渡曲线.试验结果表明,所提方法健壮、高效,不依赖于参数化和投影技术,即使对于具有尖锐特征的曲面亦有很强的适应性.     

基于草绘的网格曲面拉伸变形算法

为提高产品概念设计中三维模型重构的效率,设计了一种基于草绘技术的网格曲面拉伸变形方法。以多模式交互方式选择拉伸区域,系统自适应调整拉伸区域网格模型拓扑结构;利用投影方法将自由形式或非自由形式二维拉伸轨迹曲线转化为空间三维曲线;将拉伸区域边界曲线进行扫掠处理,进而对已形成的相邻扫掠曲线进行连接,最终形成拉伸网格曲面模型。通过在自主开发的软件平台上进行多种工业模型拉伸变形测试,验证了该算法的有效性和工程可行性。     

基于曲面片拼接的曲面重构算法

通过获取结构表面的正交曲率信息实现板状结构的拟合重构,将板状结构表面分解为曲面片阵列,基于二次方程建立曲面片模型.分析曲面片的边界条件,建立曲面片的非线性方程组.通过逆Broyden秩1法求解非线性方程组,获得曲面片的参数及曲面片方程.通过递推的方法将曲面片进行拼接,实现空间曲面的重构.基于二次方程构建样板曲面,采用数值方法获取非线性方程组的解,并进行仿真实验.仿真实验和数据分析表明,利用已知的正交曲率信息,基于曲面片拼接的曲面重构算法可以有效实现板状结构形变的重构,是一种可行的空间曲面拟合算法.     

复杂曲面CAD重构设计中的一种关键技术

分析了复杂曲面CAD重构设计中的基本流程,重点介绍了重构设计中涉及的几个关键技术。首先,介绍一种基于Bezier曲线曲面造型原理的复杂曲面重构方法。该方法用三角网格对将离散点云进行拓扑划分,将一个复杂的零件曲面划分为多个小曲面;然后采用轨迹线生成技术重构复杂曲面中的特征线,采用网格优化技术提高重构效率;最后,采用曲面光顺技术,使重构后的曲面达到应用需求。     

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.     

基于变分隐式曲面的三角网格孔洞修补

针对三角网格模型存在的孔洞问题提出一种基于变分隐式曲面的孔洞修补算法。首先,利用孔洞边界信息构造插值孔洞边界的变分隐式曲面并将其网格化,得到初始孔洞网格,再利用边界点裁剪初始孔洞网格,最后把裁剪后的孔洞网格与初始网格拓扑合并,完成孔洞修补。算法充分考虑了孔洞周围的信息,使得孔洞网格与原始网格光滑连接,取得了比较好的效果。     

基于变分隐式曲面的三角网格孔洞修补

针对三角网格模型存在的孔洞问题提出一种基于变分隐式曲面的孔洞修补算法。首先，利用孔洞边界信息构造插值孔洞边界的变分隐式曲面并将其网格化，得到初始孔洞网格，再利用边界点裁剪初始孔洞网格，最后把裁剪后的孔洞网格与初始网格拓扑合并，完成孔洞修补。算法充分考虑了孔洞周围的信息，使得孔洞网格与原始网格光滑连接，取得了比较好的效果。     

基于“薄膜变形”的牙齿曲面重建算法研究与实现

牙齿曲面重建是口腔修复CAD/CAM系统的核心内容之一。本文提出了一种基于"薄膜变形包围"牙齿曲面重建算法,首先对简化后的牙齿三角网格模型进行Loop细分以提高模型的变形逼近的能力;然后对细分后的网格施加"吸引力"使细分网格逼近原始密集的网格模型;接着施加"松弛力"消除网格变形后的褶皱;最后通过不断的异步迭代循环调整网格顶点的位置,直到满足预设的误差精度后停止。通过对两类典型牙齿模型的网格重建的算例,验证了本文算法的可行性。     

任意拓扑三角网格模型的Loop细分曲面重建系统

提出一种从任意拓扑密集的三角网格模型拟合Loop细分曲面系统，包含对原网格模型进行特征识别，把保持了原有特征的简化网格和拓扑优化所获得的网格作为拟合初始控制网格。系统通过对控制网格顶点的循环修正和局部自适应细分来求解最终拟合细分曲面控制网格，避免了求解线性方程组，提高了拟合曲面的质量，实现了在给定精度下用较少的控制网格反映物体细节特征的分片光滑（片内除奇异点C^1外其余C^2连续）的Loop细分曲面重建。实例表明，Loop细分曲面重建系统对于任意拓扑海量三角网格测量数据的细分曲面重建是高效可行的。     

给定精度条件下的Catmull-Clark细分曲面求交研究

细分曲面由于没有整体解析表达式,与参数、隐式曲面相比求交更加困难。针对基于平面四边形网格的Catmull-Clark细分曲面,在给定精度条件下,把对细分曲面的求交转化为对一定细分层次控制网格的求交:首先构造两张控制网格上相交四边形网格带及其1-邻域网格带,然后不断细分相交四边形网格带及其1-邻域网格带,提高求交精度,其次求解出相交四边形网格的交点,并根据拓扑关系将其顺序连接起来既得到两细分曲面之间的相交曲线,实现了细分曲面的求交。     

Topology recovery technique for complex freeform surface model after local geometry repair

Intersections and discontinuities commonly arise in surface modeling and cause problems in downstream operations.Local geometry repair,such as cover holes or replace bad surfaces by adding new surface patches for dealing with inconsistencies among the confluent region,where multiple surfaces meet,is a common technique used in CAD model repair and reverse engineering.However,local geometry repair destroys the topology of original CAD model and increases the number of surface patches needed for freeform surface shape modeling.Consequently,a topology recovery technique dealing with complex freeform surface model after local geometry repair is proposed.Firstly,construct the curve network which determine the geometry and topology properties of recovery freeform surface model;secondly,apply freeform surface fitting method to create B-spline surface patches to recover the topology of trimmed ones.Corresponding to the two levels of enforcing boundary conditions on a B-spline surface,two solution schemes are presented respectively.In the first solution scheme,non-constrained B-spline surface fitting method is utilized to piecewise recover trimmed confluent surface patches and then employs global beautification technique to smoothly stitch the recovery surface patches.In the other solution scheme,constrained B-spline surface fitting technique based on discretization of boundary conditions is directly applied to recover topology of surface model after local geometry repair while achieving G 1 continuity simultaneously.The presented two different schemes are applied to the consistent surface model,which consists of five trimmed confluent surface patches and a local consistent surface patch,and a machine cover model,respectively.The application results show that our topology recovery technique meets shape-preserving and G 1 continuity requirements in reverse engineering.This research converts the problem of topology recovery for consistent surface model to the problem of constructing G 1 patches from a given curve network,and provides a new idea to model repairing study.     

基于高斯曲率的复杂曲面区域划分技术研究

针对复杂三维网格曲面的展开，提出了一种基于翼边数据结构的区域划分方案。对单边界、双边界、多边界曲面以及封闭曲面，建立相应的翼边数据结构，根据离散高斯曲率生成剪口路径，并更新数据结构；对于复杂的曲面数据模型，则首先进行区域分块，把三维实体分为若干个相对简单的小区域，再根据需要决定是否对分块后的模型继续进行剪口。最后采用相关展开算法对区域划分的结果进行了展开。     

基于截面轮廓的NURBS曲面重建

提出了一种基于变截面轮廓线族重建NURBS曲面的方法。用自动跟踪法反求出轮廓线组的脊线,并用脊线自动调整各轮廓线的起始点位置。然后插值各个轮廓线,构造封闭的样条曲线,以特征点处的节点为分段点实现多条样条曲线的分段相容,并蒙皮构造封闭的B样条曲面。对于有特征点的轮廓线,通过设置特征点的重数及在曲线构造和曲面蒙皮中的相应处理,可以在曲面上保留轮廓线中的特征。     

Global Continuity Adjustment and Local Shape Optimization Technique for Complex Trimmed Surface Model

Smoothly stitching multiple surfaces mainly represented by B-spline or NURBS together is an extremely important issue in complex surfaces modeling and reverse engineering.In recent years,a lot of progress has been made in smooth join of non-trimmed surface patches,while there has been seldom research on smoothly stitching trimmed surface patches together.This paper studies the problem of global continuity adjustment,damaged hole repair and local shape optimization for complex trimmed surface model,and presents a uniform scheme to deal with continuity adjustment of trimmed surfaces and geometric repair of local broken region.Constrained B-spline surface refitting technique and trim calculation are first utilized to achieve global G1 continuity,and then local shape optimization functional is adopted to reduce fitting error and improve local quality of refitted surface patch.The proposed approach is applied to a discontinuity ship hull surface model with an irregular hole,and the result demonstrates the validation of our method.Furthermore,on the premise of global continuity,the proposed locally repairing damaged surface model provides a better foundation for following research work,such as topology recovery technique for complex surface model after geometric repair.     

基于轮廓约束点的B样条曲面拟合算法

提出了一种面向截面测量数据的B样条曲面拟合算法。首先对原始数据点列进行降噪处理,然后遴选出曲率优势点,并将其作为初始的轮廓约束点,得到插值于约束点的初始曲线。再在需改善拟合精度的区域增加约束点,直至获得满足精度要求的B样条曲线。最后以约束点数目最多的曲线为准,在其余的曲线上增加差额数目的约束点,并进行平均弦长参数化,构造出B样条曲线簇,最终获得B样条拟合曲面。仿真实验结果表明,该方法可显著压缩曲面模型的控制顶点数目,具有较高的曲面重构效率。     

基于刚架模型的多张B样条曲面变形

针对由多张B-spline曲面拼接构成的曲面形状修改问题,提出了一种多张B-spline曲面变形算法。通过将曲面片控制顶点网格进行“合并”来建立多张B-spline曲面的刚架模型;以刚架节点位移为未知量,建立节点载荷最小和节点位移最小的统一优化目标函数;将曲面片之间的光滑拼接条件抽象为节点相对位置约束,结合点约束、点和法矢约束共同组成约束方程组;采用罚函数法求解得到变形后曲面新的控制顶点。变形实例表明该算法是直观有效的。     

一种基于CT图像反求技术的实体几何造型方法

基于 CT图像的反求是反求工程中的重要内容 ,由 CT图像反求重建出的表面模型只包含了表面几何信息 ,而实体几何模型具有完备的几何和拓扑信息。针对 CAD造型系统中实体模型的特点 ,本文提出一种基于 CT图像反求技术的实体几何造型方法。应用 CT图像反求技术重建出物体的三维表面模型 ,在重建出的拟合曲面三角片序列的基础上 ,采用半边结构来表达重建的表面模型 ,并将该过程作为本研究所开发的特征造型原型系统 3D-Modeler2 .0中的一种造型方法