基于医学图像序列面绘制的骨组织快速成型方法

针对人工骨组织快速成型中轮廓线轨迹生成复杂、分层效率低的问题,提出了一种简化三角片模型分层过程的方法。应用移动立方块（MC）算法对医学图像序列进行面绘制重建,根据重建过程的顺序对三角片集合分组,然后采用对边追踪的方法计算切平面与其对应三角片数组的交点轮廓线数据。简化后的分层效率相对于三角网格文件（STL）模型分层平均提高了4.65%。实验结果表明,所提方法可以直接从人体骨组织医学图像序列生成可供3D打印的轮廓线数据,从而实现骨组织的快速成型。     

基于分层切片原理的三维雕刻算法

分析了多种基于STL模型的快速分层算法。在综合多种算法优点的基础上,首先提出了对三角面片的顶点按其切片方向进行从小到大排序,以快速滤除冗余顶点;并在此基础上建立三角面片的顶点链表及面向量,以实现STL模型的拓扑信息重构;最后基于所重构的拓扑信息,结合几何连续性分层算法实现高效的自适应分层算法。并通过C+〖KG-*3〗+实现了这一算法,证明了快速成型技术的分层制造思想可应用于三维雕刻的CAD/CAM,在技术上是可行的。     

快速成型中基于零件装配要求的分段分层算法

在满足精度要求的前提下,为了提高分层效率,考虑现有等厚分层算法的优势与不 足,对具有装配要求的零件STL 模型,提出了按照模型不同的功能装配要求对其进行分段等厚分 层的思想。分段等厚分层新算法按照成型方向将模型划分为不同分层部位,各部位按照不同的厚 度进行等厚分层。各段的等厚分层算法采用了排序精简法,通过三次排序直接提取出只与分层切 平面相交的三角形面片,快速截交,输出层面轮廓线。新算法通过MATLAB 软件实现,并以一 具有封闭内腔的斗齿实例进行了验证,结果显示：该文算法不仅具有较高的灵活性,满足零件在 功能装配上的精度要求;而且能够快速输出截面轮廓线,很好地协调成型效率与制造精度要求。     

基于AVL树的STL模型快速拓扑重建算法

STL数据格式是目前广泛应用于CAD系统中进行数据交换的标准格式之一。使用三角面片表示实体表面信息。但STL数据格式具有数据冗余和缺乏拓扑信息的缺点,针对这一问题,本文采用半边数据结构,提出一种基于辅助AVL树的STL模型快速拓扑重建算法,能快速有效地去除冗余顶点及实现半边合并。     

在机检测中三角网格拓扑重建方法的研究

对STL（Stereo Lithographic）模型中三角面片进行拓扑重建是解决在机检测系统中对零件模型表面进行曲面划分的前提条件之一。在建立点-边拓扑关系的基础上,将原有基于顶点坐标值浮点数比较的半边匹配结构转化为基于索引值的整型数匹配,并提出了基于关联-散列结构三角网格拓扑重建方法。该方法采用散列结构为辅助数据结构来减少STL模型顶点归并和边界归并的计算量,利用STL模型相邻网格单元数据相关性降低哈希函数的构建难度并提高冲突处理效率,在滤除冗余数据的同时完成拓扑关系的建立。计算实例验证了该算法的高效性和有效性。     

STL模型特征面片自适应分层算法*

为获得聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)异步快速成形机所需的加工路径,提出了一种基于特征面片的Stereolithography(STL)模型自适应分层算法。算法根据模型在分层方向上的特征面片和最小加工厚度来确定分层位置和切割平面,无需坐标变换,可沿任意方向直接获取切片两端截面轮廓信息。该算法采用了一种新方法快速分割边界面片,通过轮廓信息整理可得到点轮廓、非闭合环轮廓、闭合环轮廓。闭合环轮廓经三角化后,可封闭切片端面。本文算法均采用Visual C++ 6.0实现,经实验证明运行稳定有效。     

一种提高三角网格模型求交效率的算法

层次包围盒求交算法在求交过程中需要不断分裂包围盒,从而降低了求交效率。针对上述问题,利用该算法可以快速排除不相交三角面片的优点,提出一种更高效的求交算法,通过直接定位2个求交模型可能相交的部位,高效地排除大量不相交的三角面片,得到 2个模型的交线。     

基于邻接拓扑的流形网格模型层切多连通域构建方法

为了提高3D打印中复杂流形网格模型分层切片处理的效率与精度,提出基于邻接拓扑的流形网格模型层切多连通域构建方法.首先由层切平面沿分层方向创建分块区间同步分块所有网格面片,根据面片沿分层方向的坐标与分块区间的位置关系获得各层切平面的相交网格面片集;然后构建各层相交面片集所有面片的邻接拓扑关系;再设定初始面片,获取其一邻接面片作为递归邻接面片,递归遍历求解当前面片的邻接面片,直至与初始面片首尾重合形成网格面片环;继续执行网格面片环的递归遍历策略,直至当前层相交网格面片集的所有面片遍历完毕;最后由各层的所有网格面片环同步获得有序化的相邻面片间公共邻接边,进而求得有序的层切轮廓交点集,顺序连接有序交点构建层切轮廓环及连通域.通过成年人髋骨网格模型实例,验证了该方法的可行性与高效性.     

STL面片邻接拓扑关系重构及其应用

STL文件描述的是一种离散的实体表面三角面片模型,在实际处理中一般需要重新构造其邻接拓扑关系(包括面片的邻接面、顶点的邻接面、邻接顶点等关系）。而剔除STL面片数据中的冗余顶点是重构的关键,该算法已经成功应用于三维真实感注塑模流动模拟软件的3D图形处理。     

激光直接制造和再制造中的三维CAD模型直接分层技术

在分析SolidWorks软件平台下CAD模型数据的内部表达方法以及拓扑信息和几何信息提取方法的基础上,研究三维CAD模型直接分层技术.对SolidWorks进行二次开发,调用SolidWorks应用程序接口函数中的曲面一曲面求交函数对CAD模型曲面与分层平面求交,得到的交线首尾相连形成轮廓轨迹;同时研究了光栅填充扫描算法及程序实现.为实现切片数据的通用化,设计了记录切片数据的文件格式,用直线、圆弧或圆描述分层轮廓.对上述的直接分层不仅进行了软件模拟,还用于直接制造.制作的试件与STL间接分层试件比较结果表明,采用直接分层的试件的精度和表面质量优于STL间接分层.     

A faster triangle‐to‐triangle intersection test algorithm

The triangle‐to‐triangle intersection test is the most basic component of collision detection. And our algorithm, which firstly computes the line segment between triangle A and the plane of triangle B and uses a new method to detect the intersection between this line and triangle B, can reduce about 10% of time on average, compared with the previous fastest algorithm. Our new method divides the plane of triangle B into four quarter planes by two edges of B, and detects intersection depending on the location of the two endpoints of the segment. After using some techniques like avoiding division and projecting the segment and triangle B on XY, YZ, or ZX plane, the total number of arithmetic operations is reduced to at most 87, which is less than any existing algorithms. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

反求工程中的混合切片技术

提出一种基于平面与“点云”、平面与NURBS曲面求交计算的混合切片方法．该方法可以保证切片曲线在点云和曲面的连接处达到G^1连续，在此基础上的重构曲面既能保证与相邻曲面的连续性要求，又能满足对点云的逼近精度要求，对反求建模尤其是过渡特征的重建有着重要意义．文中详细探讨了平面与曲面求交和点云切片两个核心算法，并对基于模型特征的混合切片方案的选择原则以及不同方法进行了论述和比较．最后用实例证明该方法在反求建模中是切实可行的．     

Feature aligned quad dominant remeshing using iterative local updates

In this paper we present a new algorithm which turns an unstructured triangle mesh into a quad dominant mesh with edges well aligned to the principal directions of the underlying surface. Instead of computing a globally smooth parameterization or integrating curvature lines along a tangent vector field, we simply apply an iterative relaxation scheme which incrementally aligns the mesh edges to the principal directions. We further obtain the quad dominant mesh by dropping the not-aligned diagonal edges from the triangle mesh. A post-processing stage is introduced to further improve the results. The major advantage of our algorithm is its conceptual simplicity since it is merely based on elementary mesh operations such as edge collapse, flip, and split. Various results are presented in the paper; they show a good alignment to surface features and rather uniform distribution of mesh vertices. This makes them well suited, e.g., as Catmull-Clark Subdivision control meshes.     

快速成型系统中自适应的直接切片算法的研究

为了解决CAD模型转换成STL模型时出现误差、均匀切片时加工时间和表面质量难以协调的问题,提出了自适应的直接切片算法.该算法调用商用软件中切片函数对模型直接切片,切片厚度选择采用自适应切片方法.首先求出能够表示模型垂直方向轮廓变化情况的参考曲线,然后在切片时根据参考曲线上各点处切线确定在该处的切片厚度.使用该算法避免了用三角面片逼近CAD模型时的误差,而且根据参考曲线上点的切线决定切片的厚度,不需要试切,在保证模型表面精度的同时提高了成型效率.     

平面扩展轮廓的表示和求取

在工厂设计的钢结构设计中,经常使用构件的图形轮廓,由于构件的图形构成形式多样,可能存在许多弧线和悬边,并且可能不封闭,需要一个有效的算法来求取这种带悬边的轮廓。文中提出了悬树和扩展轮廓的概念,通过对扩展轮廓的分析和定义,使用动态坐标系和动态包围盒技术,设计了一个扩展轮廓的求取算法,最后论述了与扩展轮廓相关的一些操作特性。     

复杂断层轮廓集分段分面三角化表面重构

针对多嵌套、多分支任意复杂断层轮廓集的三角化表面重建,提出一种基于轮廓拓扑分类编码和结构识别的分段分面表面重构方法(DS-P).通过设计一种拓扑编码方案,提出确定轮廓匹配关系、分支及分支类型的准则;讨论了多轮廓合并、单轮廓分裂及嵌套分支、连通分支处理方法;设计了任意复杂断层轮廓集表面重建的软件系统架构和工作流程.实验结果表明,该方法应用简单、运算效率高、可靠性强.与经典方法和BPLI方法相比,文中方法不仅能更好地处理轮廓匹配中的二义性及分支问题,还能有效地解决导致BPLI方法失效的投影面内边重叠和多重交叉、轮廓嵌套、轮廓严重偏置、轮廓线释放等情况下的表面重构问题.     

三维复杂地质体的布尔运算算法研究与实现

提出一种稳定快速的三维复杂地质体的布尔运算算法。该算法不需要跟踪交线,利用带拓扑信息的交边对实体区域进行分类,避免面在体内的判断,提高运算速度。算法在进行布尔运算前解决了数值计算误差引起的相关分类间的冲突,保证运算的稳定性。将该方法应用于蓝光矿山数字化平台系统,实践结果证明其适合数据分散、数据密集及带孔洞的实体,特别是大规模、奇异的三维复杂地质体。