基于逆向工程的零件反求设计与制造

反求设计与制造是逆向工程的重要组成部分,以PCP系列便携式光学三维扫描系统为基础,介绍逆向工程技术在零件反求设计与制造中的应用。利用三维数字化激光测量仪准确、快速地测量出工件的轮廓坐标,通过Winmoire扫描软件得到零件模型各个面的轮廓点云数据,再通过Cloudform拼接软件将各个面的轮廓点云数据合成为三维点云数据模型,最后通过Geomagic studio11建模软件进行曲面重构,并对重构的曲面进行分析和优化,最终生成STL数据,据此进行快速成形加工得到零件。     

基于深度扫描仪的高辨识度三维人体模型重建方法

3D照相打印馆人像的打印质量取决于3D扫描获得的三维人体模型的辨识度.然而,由于现有3D人体扫描仪价格昂贵、操作复杂等原因,使得3D人像打印成本高、耗时长和打印精度较低.针对这些缺点提出一种基于深度扫描仪重建高辨识度三维人体模型方法.利用多组深度扫描仪分工协作、优势互补,分别获取高辨识度的人体面部五官点云数据,上半身与全身表面轮廓点云数据.然后,通过引入特征点和改进的最近点迭代法将采集到的三组点云数据进行对齐、替换、拼接,将拼接后的无拓扑关系的点云数据进行曲面重构即可获得高辨识度的三维人体模型.该方法的扫描时间较短,以较低的成本构建了具有高辨识度的三维人像模型.     

列车车轮三维结构光检测中的点云处理研究

列车轮对作为转向架的关键零部件,其检测手段仍以人工检测为主,现有的自动检测方案,大多针对车轮某一断面的参数尺寸进行测量,难以真实反映车轮轮缘踏面的损伤情况。为此,该文提出一种列车车轮三维结构光检测中的点云处理方案。首先,利用三维结构光测量仪器采集列车车轮的三维点云数据;其次,根据列车车轮三维点云的特点,确定包括离群点去除、点云配准、点云平滑处理以及孔洞修补在内的点云处理方案,并对各处理步骤的最优参数进行分析;最后,利用贪婪投影三角化算法,进行列车车轮三维点云数据的曲面重建,使用拉普拉斯平滑算法对重建后的曲面进行平滑处理。结果表明,该文所提出的列车车轮点云处理方案能够实现对三维点云数据的处理,最终得到的列车车轮的三维曲面模型与基准模型的标准偏差为1.768 mm,实现对于列车车轮的三维检测。     

基于GA-BP神经网络的散乱点云孔洞自动修补

点云孔洞修补作为点云数据处理中的关键技术,直接影响点云的质量和完整性。利用遗传算法（genetic algorithm,GA）优化的BP（back propagation,反向传播）神经网络（简称GA-BP神经网络）是一种修补效果较好的散乱点云孔洞修补方法。但基于GA-BP神经网络的散乱点云孔洞传统修补方法的多个步骤需借助逆向软件通过人机交互的方式完成,导致修补过程繁琐且耗时较长。为此,提出了一种基于GA-BP神经网络的散乱点云孔洞自动修补方法。通过计算机编程将孔洞识别、孔洞区域插值和孔洞修补相结合,实现从残缺点云模型直接到完整点云模型的自动修补,无须进行复杂的人机交互和数据转换。实验结果表明,所提出的方法可有效避免因数据转换而造成的数据失真,减少了人机交互工作量,方便而高效地修补了散乱点云的孔洞,且得到的修补点云密度均匀,这对提高点云孔洞修补效率和质量具有重要意义。     

基于Geomagic的汽车灯罩逆向造型研究

反求设计与制造是逆向工程的重组成部分,以某汽车灯罩为研究对象,首先利用三维光学面扫描系统对零件进行测量,获取三维点云数据,然后利用GeomagicStudio对点云数据进行处理,进行曲面重构,并对重构的曲面进行分析和优化,得到实物原型的CAD模型。     

贵州少数民族文化遗产的逆向工程应用研究

以少数民族文化遗产的保护和开发方法研究为目的,从实物测量、三维CAD模型、曲面模型评价体系、CAD模型重建等方面详细阐述了逆向工程技术在文化遗产保护方面的应用.选用有代表性的贵州少数民族文物--布依族酒壶、水壶以及木制傩戏面具作为研究对象,采用Hiscanner 激光扫描测头对其进行数据采集,扫描得到的点云数据可刻录到光盘上作为文物数据永久保存;更进一步地,采用目前流行的逆向工程软件Geomagic studio对点云数据进行数据精简、数据滤波、数据修补、提取特征线等处理后得到NURBS曲面;为保证曲面模型重建的精度,在曲面重建模型后对其误差评价,通过控制误差的方式指导曲面模型重建,使重建的文物曲面模型能真实完整地反映原状;最后,在功能强大的三维造型软件Solidworks中导入重构的NURBS曲面进行曲面缝合、放样等,将其生成实体CAD模型,并对模型的局部特征进行适当的再设计以实现文物实体模型的优化.对该模型进行快速成型制造可得到文物复制品或成品模具,即实现逆向工程技术在文化遗产保护中的应用研究.逆向工程技术应用于少数民族文化遗产文物保护是一个全新的课题,该项技术的应用能进一步推动文化遗产保护措施的发展,也能为类似课题的研究提供借鉴.     

基于回溯双向波前法虚拟修补点云孔洞

针对虚拟修补边界点凹凸不平且分布不均的点云孔洞效果欠佳的问题,提出了回溯双向波前法虚拟修补包含复杂边界的孔洞.以具有复杂边界孔洞的青铜器模型为例:首先,三角网格化青铜器点云数据并依据网格化结果提取出孔洞边界,通过比较边界点集的曲率波动幅度以去除伪孔洞边界;其次,以孔洞边界点集的回溯结果为初始点集,并结合向量叉积对初始点集进行凹凸性分类,再对凹、凸点分别采用正、反向波前法逐圈新增点集直至补全;最后,利用最小二乘法拟合曲面平滑新增点集,获得最终修补结果.实验结果表明该方法与划分子洞波前法、曲线流收缩法相比,结构相似性的平均值分别提高了81.14%和93.8%,且曲率差异性更低,修补网格的顶点密度与原始网格更相近且过渡自然,能有效修补复杂边界孔洞.     

传统陶瓷艺术作品的三维数字化重建及应用的研究与实践

目的 研究获取传统陶瓷艺术作品完整彩色点云数据,并高效进行三维重建的技术方法,探索陶艺作品数字内容虚拟展示平台的构建及推广利用的有效途径.方法 采用拍照式三维扫描设备采集陶艺作品的三维彩色点云数据,研究并提出了融合、修补等后处理的新方法,得到完整的优化彩色点云信息.通过网格化处理获得陶瓷艺术品的高保真三维网格模型和简化网格,利用虚拟现实技术开发数字化展示平台.结果 获取了石湾陶瓷传统艺术作品的三维彩色点云数据,完成了点云优化、修复,生成了高精度的彩色网格模型并进行了数字化的推广与宣传.结论 提出的三维重建技术和虚拟展示方法为我国陶瓷艺术作品的保护、传承与推广作出了积极的探索,为利用现代科技进行文化遗产数字化保护作出了新的尝试.     

用三维点云计算活塞腔的体积

提出一种从三维点云计算活塞腔体积的方法。利用高精度的光学或接触式测头对活塞腔进行密集测量 ,得到活塞腔的三维密集点云数据。通过对三维点云的处理 ,分割出参考平面 ,重构其曲面几何模型 ,用数值积分的方法计算活塞腔的体积。同时 ,分析了这种方法的两种误差———离散误差和测量误差     

基于最小曲面距离的快速点云精简算法

提出了一种新的基于最小曲面距离的点云精简算法,算法在简化点云数据的同时不损失特征。点云被划分成一系列的三维子网格,根据子网格,找到最近k邻域。散乱点云的k邻域通过二次参数曲面拟合,进一步得到相关曲率。依据提出的曲面距离,对点云进行精简。选择了一些典型的点云,如冲浪、石头、陶俑、牙齿等数据对算法进行了验证。结果表明,可以直接和有效地减少点云数据,同时保持原始模型的几何形状,对点云精简研究有一定的理论和实践意义。通过实验也证明了该算法的可靠性和准确性。     

An efficient memetic algorithm for 3D shape matching problems

Shape representation plays a vital role in any shape optimization exercise. The ability to identify a shape with good functional properties is dependent on the underlying shape representation scheme, the morphing mechanism and the efficiency of the optimization algorithm. This article presents a novel and efficient methodology for morphing 3D shapes via smart repair of control points. The repaired sequence of control points are subsequently used to define the 3D object using a B-spline surface representation. The control points are evolved within the framework of a memetic algorithm for greater efficiency. While the authors have already proposed an approach for 2D shape matching, this article extends it further to deal with 3D shape matching problems. Three 3D examples and a real customized 3D earplug design have been used as examples to illustrate the performance of the proposed approach and the effectiveness of the repair scheme. Complete details of the problems are presented for future work in this direction.     

论青铜器狞厉纹饰的稚气之美

目的以青铜礼器的纹饰特点为出发点,从美学的角度来探讨青铜狞厉纹饰所传递的美学思想。方法通过对青铜狞厉纹饰的分析,解析纹饰在不同阶层与方面中的稚气之美。结论狞厉纹饰表达了在特定历史进程中的稚气之美,这种质朴美感经历了文化沉淀,经过数千年的传承并流传下来,是无法被后人复制和超越的。     

青铜文物的光电子能谱分析

采用光电子能谱(XPS)法分析了成都金沙遗址出土铜条和方孔型器两种青铜表面锈层膜的元素及其化学状态.结果表明,两种青铜的锈层膜中都存在纯铜晶粒和PbCO3/PbO,但未发现导致"青铜病"的有害元素Cl,而在方孔型器锈层膜中发现有S2-/SO42-.铜条和方孔型器夹层锈层膜中的Sn完全以SnO2形式存在,从而使青铜合金免遭进一步腐蚀.此外,还讨论了青铜的腐蚀过程与环境的关系.     

楚国漆豆的形制与礼仪特征

目的探讨先秦时期楚国漆豆中的礼仪特征。方法漆器流行于青铜器衰退,陶向瓷演变的过渡时期,它可贵可贱、可繁可简,具有很强的弹性空间和广泛的民意基础。从社会学的角度看,楚国漆豆可以用来调和君与臣、官与民、神与人之间尊卑有序的关系。结论漆豆是楚国漆器的典型代表,与楚国民众"饭稻羹鱼"的生活方式紧密相关,从上层贵族到下层庶民,均能从漆制漆豆中找到各自的身份认同与精神共鸣;体现出3个层面的礼仪特征,即漆豆的修养之礼,漆豆的阶级之礼,漆豆的祭祀之礼,具有"协于上下,以承天体"的造物目的。     

知识图谱视角下的中国青铜器可视化分析

目的 中国青铜器研究经历了长期自主研究和门类建构过程,现已经形成了系统研究体系,为了更好促进青铜器文化的研究发展,对青铜器文献进行可视化梳理研究。方法 采用知识计量软件CiteSpace对中国知网CNKI数据库2000—2020年时间段内,以青铜器为篇名的文献展开分析。对文献年度发文量、作者、机构、关键词聚类和突现进行研究,得到青铜器的研究热点、前沿研究动态及学科演进路径。结论 运用关键词聚类分析法,得到10个主题5大类别的聚类研究热点;关键词能突现早期、中期、近期前沿发展路径;关键词时区图生成青铜器研究领域演进趋势,早期研究从青铜器文化价值、铭文、纹饰方面展开,建立了分期断代谱系,注重青铜器文化价值研究;中期以铸造工艺、材料科学分析为主;近期以青铜文化现代传承、创新思维在青铜器的现代设计应用为重点。以数据和图谱为依据对青铜器文献进行研究,有助于相关学者了解青铜器的研究热点和发展趋势,为青铜器研究提供了理论参考。     

广西铜鼓纹饰在现代首饰设计中的古风今用

目的在现代首饰设计中以铜鼓鼓面的精美纹饰为灵感,设计既有传统意味又有现代气息的首饰套件。方法将从广西铜鼓纹饰中提取出的元素打散、重构,融入壮锦的装饰手法和配色特点,结合失蜡、珐琅等工艺,应用于现代首饰设计。结论广西铜鼓纹饰能够有效地运用于现代首饰创作,开创出古风今用的新思路。     

基于逃逸时间算法的三维分形图绘制方法

使用经典的逃逸时间算法通常得到的是黑白的或缺乏颜色过渡的Mandelbrot集或Julia集.通过定义色彩控制球,给出一种绘制三维分形图的方法.对于确定区域内的迭代初始点,首先将动力系统的迭代逃逸点或非逃逸点映射到色彩控制球内,然后计算映射点到球心的距离;以该距离为参数,经由色彩控制函数确定迭代初始点的色彩;再以该色彩绘制迭代初始点域中的嵌入体表面,从而得到具有伪三维效果的分形图.     

史前彩陶造物设计艺术的形式与审美意象

目的 中国是世界上彩陶文化最发达的地区之一,彩陶历史悠久,形成了以彩陶为代表的早期中国文化圈,研究史前彩陶的艺术形式,彩陶艺术的审美意象,构建彩陶文化的设计学研究基本体系。方法 以新石器时期的彩陶、历史遗迹和文献资料为基础,运用设计学中的设计思维、考古学中的类型学、社会学中的实验研究和历史学中的文献分析等理论与方法,研究史前彩陶造物设计的艺术形式和彩陶艺术所体现的审美意象。结论 史前彩陶发展历史悠久,中国史前彩陶以仰韶文化和马家窑文化为代表,彩陶艺术形式由造型和纹饰两部分构成,彩陶艺术的审美意象由象形纹饰的形象创造和几何纹饰的构图韵律所体现,反映了这一时期社会的基本文化形态、社会组织、生活形态及人文面貌,呈现出中华民族的早期意识精神。     

面向创意设计的青铜器纹样数据库设计研究

目的 对丰富的青铜器纹样资源进行整理与组织,满足设计师利用青铜器纹样进行创意设计的需求,助力传统文化输出。方法 对青铜器纹样的装饰母题、装饰艺术和语义进行解析,对设计师借助文化资源数据库获取设计原型和设计知识的行为与思维过程进行探索,从而提炼元数据标签,确定可视化元素,建立包括1154条青铜器纹样数据在内的数据库。结果 面向创意设计的青铜器纹样数据库,实现了对青铜器纹样数据的多维信息呈现,为设计师提供了一个快速学习和获取青铜器纹样原型与知识的平台,有助于设计师了解数据中隐藏的特征、关系和模式。结论 青铜器纹样数据库的可视化方式符合设计师的认知舒适性,为打造针对设计师群体的数字文化资源专业平台提供了新的思路。     

熔透型熔池液面三维形态的数值模拟

对脉冲TIG焊熔透型池在脉冲峰－基转换期间的熔池三维形太变化进行了定性分析,并从力和能量的角度建立了数学模型,采用Surface Evolver有限元分析软件进行了值模拟,进而通过实验结果对该数学模型作了修正,修正过的模型和模拟结果为今后定量,系统地模拟出多种条件下熔透型熔池各液面的形态规律,以此建立熔池上液面的特征量与熔深的对应关系,这种关系可以成为焊缝透性控制的基础。