基于点云数据NURBS曲面重构技术探究

通过研究NURBS曲面重构算法,分析了多种应用软件曲面重构方法并根据古建筑保护测量获取到点云数据的特点,对非均匀分布的型值点采用NURBS曲线曲面节点插入算法生成呈四边域分布的控制点矩阵,运用OpenGL在C#环境下进行了虚拟显示.     

断层数据的三维重构技术研究

研究了基于断层数据的三维重构技术.首先对切片图像进行二值化和轮廓提取,继而进行B样条曲线拟合和NURBS曲面蒙皮构建.以某风扇叶片为例,由采集的ICT切片数据重建出了实体.文中论及的方法和算法对于解决基本截面形状的断层数据重构问题是可行的.     

断层数据的三维重构技术研究

研究了基于断层数据的三维重构技术．首先对切片图像进行二值化和轮廓提取，继而进行B样条曲线拟合和NURBS曲面蒙皮构建．以某风扇叶片为例，由采集的ICT切片数据重建出了实体．文中论及的方法和算法对于解决基本截面形状的断层数据重构问题是可行的．     

船体曲面的一种光顺重构法

为了在船舶CAD/CAM/CAE中使用更加精确和光顺的船体模型,基于船体型值数据,通过插值或逼近的方式得到常规站线以及广义站线的NURBS表达式。在得到了这些曲线以后,通过等数弧长均分的方式在这些曲线上取数目相同的数据点,构成所谓的广义型值点,对这些广义型值点进行插值重构来得到一致化的常规站线以及广义站线,这些曲线共同构成生成船体曲面的截面曲线。将这些截面曲线取为曲面的u向等参数线,采用改进的曲面放样方法得到整个船体曲面。结果表明:重构的船体曲面能够具有较好的拟合精度和光顺性。     

基于散乱点云数据的曲面重构方法

散乱点云的三维重构有广阔的应用前景,通用高效的重构算法是研究重点之一,目前大多采用三角面片重构,与通用CAD/CAM系统中的四边域重构不兼容。本文提出一种在三角域上对散乱点云数据进行NURBS曲面重构的方法,结合了三角面片重构的灵活性与NURBS曲面重构的通用性。首先对测量点     

采用三次NURBS曲面构造鞋楦模型及刻楦仿真

为实现鞋楦曲面的精加工,基于复杂曲面实物的几何模型反求方法,从鞋楦实物模型得到其数字化模型,提出了一种可控精度的鞋楦曲面模型重构方法.利用三维实体激光扫描仪测量获取点数据,基于小波变换原理采用无偏似然估计对鞋楦原始测量点数据进行降噪平滑处理,采用三次非均匀有理B样条（NURBS）曲线表示鞋楦u、v向表面曲线,由此得到三次NURBS曲面并拟合鞋楦表面.建立了鞋楦数学模型,采用等残留高度法计算无干涉刀位轨迹,并基于Unigraphics平台虚拟刻楦进行数控（NC）程序仿真验证.仿真结果表明,该重构方法使鞋楦曲面精度可以调节,根据不同加工效率要求方便地计算刀具轨迹.误差分析结果表明,与设定鞋楦加工精度相比,产生的误差控制在允许范围内.     

基于NURBS控制点重构的加工误差在机测量方法

在基于在机测量结果的基础上,提出新的获得自由曲面加工误差的方法,对曲面的面轮廓度误差进行评定.该方法利用在机测量加工曲面上少量测点的坐标数据,通过重构NURBS曲面控制点拟合加工曲面.考虑求解优化问题的适应性,利用最速下降法优化计算加工曲面到理论曲面的距离,获得曲面的加工误差,对曲面的面轮廓度误差进行评定.采用该方法在NURBS曲面工件上进行实验验证.结果表明,基于在机测量NURBS曲面控制点重构的方法能够有效、快速地进行自由曲面加工误差的分析和评定.     

基于ANN-NURBS的散乱数据点自由曲面重构

探讨了曲面三维密集散乱点数据的几何建模方法。按照先压缩后拟合的两步方法重构策略，实施基于ANN-NURBS的散乱点自由曲面重构。提出了基于人工神经网络(ANN)的散乱数据点的拓扑矩形网格重建方法并建立了神经网络模型。该模型利用神经元对曲面散乱点的学习和训练来模拟曲面上的点与点之间的内在关系，结点连接权矢量集作为对散乱点集的工程近似化并重构曲面样本点的内在拓扑关系。算例表明，该方法可实现三维密集散乱点数据自组织压缩，生成期望疏密程度和精度的矩形拓扑网格，并可有效保持原数据点集的拓扑特征，从而实现了基于NURBS的大规模散乱数据点的精确曲面重构。     

NURBS改进技术重构复杂船体曲面

非均匀有理B样条（Non-uniform Rational B-spline）技术是现代曲面造型中最为广泛流行的技术．为了更准确高效地构造复杂曲面，在对NURBS技术做了深入剖析与研究后，用修正弦长向心积累参数化法对数据点进行参数化，用求并集的方法选取和统一曲面节点矢量，用分片法拟合复杂曲面，将这些改进方法应用在FLOKSTRA集装箱船体曲线曲面的表达上，从而得到了光顺的曲线，提高了曲面节点矢量选取和统一的准确性和效率，从而得到了平滑的船体曲面．     

散乱点云切片数据快速获取与优化

为快速准确地获取散乱点云切片数据,以较少数据准确表达模型型面特征,提出一种散乱点云切片数据获取及优化算法.该算法基于散乱点云动态索引实现切片数据快速获取,对所获切片数据建立极坐标系,分别基于极角阈值与极径阈值实现切片数据区域划分与轮廓分离.通过依次连接各区域相同轮廓数据形心实现切片数据的精简与排序,生成精确有序的单轮廓或多轮廓切片数据.实例证明,该算法可应用于各种复杂散乱点云的切片数据快速、精确获取与优化处理,对有效提高参数曲线、曲面重构效率与精度具有重要意义.     

基于CATIA逆向工程复杂样条曲线重构方法研究

对于复杂零件的逆向设计,常常是通过激光、三坐标测量仪等方法对样件三维数据进行采集,可获得高质量的点云文件。但是这些点云文件数量很大,计算时将耗费过多的计算机资源。基于CATIA软件对点云数据进行过滤、划界、分网等处理方法进行了研究,运用曲线重构的方法,创建特征曲线组,利用多段曲线拟合获得点云的特征线网络,最后将拟合得到的曲线与原始点云数据进行误差分析。研究证明,通过这种方法可以获得质量更好、占据资源更小的曲线,为后续曲面和实体的生成奠定了精确基础。     

通基于流形的封闭参数曲线构造理论

为了方便地构造真正意义上的光滑封闭参数曲线,以微分流形--圆为封闭参数曲线的定义域,以非均匀B样条为定义域上的基函数,设计了用于构造封闭参数曲线的控制顶点、控制顶点对应的参数值及节点矢量的确定方法和曲线上一点的三维坐标值计算方法;以作均匀有理B样条(NURBS)曲线常用的控制技术如夹直线段、在曲线上形成尖角等检验该算法与NURBS方法的兼容性.实验结果表明,该算法不仅实用可靠,而且比目前造型系统中的NURBS方法简单方便,完全与NURBS造型系统兼容.     

基于点云和设计模型的仿真模型快速重构方法

随着产品装配质量要求的不断提高,为了在CAD模型仿真试验中快速且准确地表达零件实际加工质量,提出基于点云和设计模型的仿真模型快速重构方法. 采用“一面两孔配准”方法,将零件实测点云数据配准到设计模型上;根据设计模型边界提取出曲面重构所需的控制顶点;采用非均匀有理B样条（NURBS）方法对控制顶点进行曲面拟合;根据仿真需求,结合边界表示法（BREP）和构造实体表示法（CSG）实现模型表面的局部和快速替换. 在CATIA中开发基于实测点云数据和设计模型的仿真模型快速重构模块,和基于可拓展标记语言（XML）和特征完全匹配的数字预装配模块. 以某航空企业典型零件和舱门预装配为例,验证该方法的重构精度和效率及其在预装配仿真中的高效性和准确性.     

点云数据的管道面重构

针对反求工程中管道面重构问题，提出了一种从点云数据中直接提取管道面特征参数的算法.算法
分为两步：第一步将管道面数据视为过渡特征数据，利用过渡特征提取原理获得管道面的一系列截面线
，经概率统计方法进行噪声去除后，得到准确的截面线及其半径.第二步是由截面线的中心确定管道面的
脊线点列.利用移动球法，球的直径即是采样步长，沿着脊线方向对点列进行均匀采样，然后对采样点列
进行高斯平滑，获得光滑均匀的脊线点列.用三次B样条曲线拟合采样点列而获得脊线.计算实例表明，该
方法能够稳定、准确地提取出管道面的几何特征参数.     

一种快速的NURBS曲线修正方法

对三次NURBS(Non-uniform rational B-splines)曲线与型值点的表达式进行分析,提出一种NURBS曲线的局部修正算法,应用该算法移动NURBS曲线上的型值点修改曲线时,只有相应四段曲线段随型值点的移动发生变化.因此,有极好的局部性,运行速度也快,修改后的曲线依旧保持是NURBS曲线,方便了设计人员的操作.故该方法可以在CAD软件中应用,而且此方法可以直接推广到曲面情况.     

基于点云数据三维重建方法的研究

由于三维激光扫描仪采集的点云数据是离散的,这些离散的点云数据由于分辨率有限,缺少灵活性,导致无法满足对实际场景重建出具有几何精确性的模型。为解决上述问题,用Delaunay三角化方法构造网格逼近物体的i维表面模型,把离散的点云数据连续化生成表面模型来模拟场景,实验证明该方法有效。     

基于截面特征相容的曲面约束重构

为了从点云中重建高品质的曲面模型,提出一种基于截面特征相容的曲面重构方法.该方法将由点云切片获取的截面曲线分层次表达为直线、圆弧、B样条等基本曲线元和特征点的集合,并基于曲线微分几何属性,建立截面曲线特征点对应的数学模型,采用动态规划法求解并确定其初始对应关系,以曲线元特征匹配准则优化对应,逐步确立截面曲线间的特征对应关系,将特征对应关系映射为参数对应即可利用成熟算法逼近生成蒙皮曲面.实例表明,该算法获取的曲面模型不但满足精度和光顺性要求,而且忠实地反映了原始物理样件所蕴含的特征信息.     

Imageware与反求工程

介绍了反求工程的概念、应用、一般工作流程，以及三维测量常用的方法和测量技术。指出了Imageware在相关反求工程软件里的领先地位，分析了Imageware软件的曲面构造数学基础。以摩托车开发为例阐述了Imageware应用于反求设计的点、线、面处理能力，说明Imageware曲面，曲线构造基于Bezier和NURBS数学基础的灵活性。     

曲面重构技术在汽车座椅横梁逆向设计中的应用

以逆向工程为基础,以汽车座椅横梁为研究对象,采用非接触照相式三维扫描仪获取座椅横梁的点云数据,利用CATIA软件对点云数据进行取样和降噪等前处理后,进行逆向设计并进行曲面外形分析。结果表明:通过NURBS曲面重构技术可快速改进产品原型,为汽车覆盖件开发提供了重要途径。