3~(1/2)互细分曲面的误差分析

针对细分控制网格与细分极限曲面的逼近度这一问题,基于细分控制网格的拓扑结构和细分模式的几何规则,提出一种3~(1/2)细分曲面的误差估计方法并给出一个误差估计公式。利用该公式,根据给定的精度,可事先知道细分之后控制网格满足该精度的最少细分次数而不需要实际对一个模型细分。结合该误差估计方法,给出一种3~(1/2)细分曲面数控加工刀具轨迹生成方法和一种用于直接在STL文件基础上提高精度的方法。试验结果表明这种误差估计方法的有效性。     

Loop细分曲面的自适应等距面生成算法与实现

提出一种精确快速生成有边界等距 L oop细分曲面的新算法 ,其核心思想是 :从控制网格顶点在 L oop细分曲面上的位置 ,按照给定的等距值 ,沿其法矢正 (反 )向等距 ,通过解线性方程组求出等距后的控制网格 ,然后检测等距误差 ,对部分超过给定等距精度的控制网格进行局部自适应细分 ,重新生成等距面并检测误差 ,直至整个细分等距曲面满足精度要求 ,所生成的等距细分曲面除局部 C1 外其余 C2 连续。实例表明 :本算法高效稳定 ,生成的等距细分曲面已完全满足实际工程需要。     

计算空间点到细分曲面有符号最近距离的方法

针对在海量细分曲面数据中计算空间点到细分曲面有符号最近距离效率较低的问题,创建一个新的细分曲面数据结构,实现细分曲面的分片表示,进而采用分治策略控制计算规模.利用细分曲面面片网格拓扑结构特性,结合多分辨率采样技术,以空间点和细分曲面极限网格顶点的最近距离作为择优指标,在细分曲面面片中搜索距离空间点最近的顶点.以最近顶点的位置和法向建立参数直线方程,以此为基础,进行最近距离的误差分析和符号判断.结合局部细分技术,提高最近距离的计算精度.基于Catmull-Clark细分模式,通过实例验证了算法的可行性和有效性.与常规方法相比,该算法计算效率高、精度可控,算法原理适用于多种细分模式.     

面向数控粗加工的自适应细分

为获得加工余量均匀的数控粗加工模型,提出了一种基于面误差的自适应细分算法.该算法以细分后的控制网格与极限曲面之间的最小距离和粗加工余量作比较,确定均匀细分次数.将均匀细分后的网格向极限曲面投影形成覆盖网格,再以覆盖网格和极限曲面之间的距离作为自适应细分准则,对不能满足精度的区域进行自适应细分.实验结果表明,在给定的精度范围内,该算法能够大幅度抑制细分过程中网格数量的快速增长,并能获得与原始算法光顺程度基本一致的曲面,大大提高了模型的后处理速度.     

基于网格分割的自适应细分曲面算法研究

细分曲面中，随着对模型细分次数的增多，模型的面片数迅速增长，巨大的数据量加大了模型后处理的难度。为此，结合网格分割技术，提出了一种自适应细分曲面算法。该算法利用控制网格每个顶点与其对应的极限位置之间的欧氏距离不同、采用K-均值算法和区域合并技术对控制网格进行分割，随后对用户指定的网格区域或不满足精度的区域进行局部自适应细分。实验结果表明，该算法在给定精度范围内，有效地以相对较少的面片数获得了理想光滑的细分曲面，且大大提高了模型的后处理速度。     

自适应Doo—Sabin细分算法改进研究

为克服细分曲面网格呈指数增长的缺点,提出了一种改进型自适应Doo-Sabin细分算法.简要介绍了Doo-Sabin算法细分规则,并提出了一种新的基于平均法向量的自适应Doo-Sabin细分阈值判断方法和新的裂缝消除策略.实验结果表明,该改进型算法能够大幅度降低细分曲面网格增长速度,并获得与均匀细分算法表面质量基本一致的极限曲面.     

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。     

细分曲面数控加工关键技术

对三角域和四边域细分曲面数控加工的关键技术做了讨论,包括细分曲面数控加工模型的建立,粗加工模型的包围网格生成算法,NC刀轨生成常用的两种方法,精加工模型的等距网格求解算法及等距误差控制方法,给出了应用实例;指出了解决细分曲面数控加工技术实用化问题需要进一步研究的内容。     

基于边界曲线的细分曲面控制网格的生成研究

构造细分曲面的初始控制网格是利用细分曲面技术进行自由曲面造型过程中的一个重要问题。该文提出一种基于边界曲线的初始控制网格构造方法,其中包括曲线的离散化、基曲面边界回路识别以及回路内控制网格的生成等过程,以实现任意拓扑结构边界曲线的控制网格的生成。该方法在多种不同的曲线模型上进行了测试,简化了曲面造型的网格生成过程,可有效提高自由曲面的设计效率。     

自适应混合细分算法研究

提出一种适用于三角形和四边形组成的混合网格的自适应细分算法 ,该自适应细分过程通过二面角的阀值来控制 ,在拓扑分裂时将自适应细分与混合细分有效结合。实例表明 ,该算法运算效率高 ,在细分过程中能够大幅度地控制网格的增长 ,获得效果良好的曲面     

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。     

面向医学假体CAD的Loop细分曲面拟合系统

为实现基于Loop细分曲面表示的医学假体CAD造型,提出了一个完整的Loop细分曲面拟合系统。输入为CT图像经三维重建并经滤噪与平滑处理所得的密集三角网格,再用QEM简化算法与提出的网格优化算法进行简化优化得到基网格,将提出的优化算法与QEM算法无缝集成,最后用顶点迭代调整细分拟合算法输出细分控制网格。该控制网格可作为后续设计与加工模块的输入,对其作若干次Loop细分后即得到逼近于原始网格的光滑细分曲面。     

基于边界法线插值的两步法细分曲面造型

针对曲面造型中光滑边界曲线的插值要求（位置和法线），提出了两步法插值边界法线细分方法：首先按边界位置插值细分规则对控制网格进行一次迭代细分，分别计算其细分后的V点、E点、F点；然后调整边界点相邻顶点的位置来满足边界法线要求。该方法将插值边界法线先转化为邻城顶点的调整，后转变为单参数的求解问题，并通过实例验证了该方法能有效地控制细分曲面造型的边界形状。该方法对丰富细分曲面造型技术和推广其应用起到一定作用。     

三角网格曲面加工刀具路径生成等误差步长算法研究

针对三角形网格曲面加工中刀具轨迹的误差均匀性问题,提出了一种等误差步长规划的刀具路径生成算法。该方法将刀具沿网格曲面运动方向的线性误差和转动误差联合作为设计公差,在满足给定精度要求条件下,通过控制设计公差来优化各条刀具轨迹上的刀触点的位置分布,并生成相应的刀位点。在生成完整三角网格曲面刀具路径时充分利用了网格曲面的边界特性,保证了边界一致性。实验表明:该方法生成的刀具路径保持了良好的边界一致性,并显著提高了加工精度和加工质量的均匀性。     

细分曲面粗加工刀轨生成算法

研究了细分曲面等高粗加工刀轨生成算法。以Catmull-clark细分曲面为研究目标,首先利用基于面误差的自适应细分算法构建粗加工模型,该方法构建的模型不仅具有均匀的加工余量,且能完全包围精加工模型,;然后采用层切法生成切层轮廓,在计算切削区域边界轮廓时采用了有效边追踪算法,该算法可以有效快速正确的得到每层的加工区域;为了验证算法的可行性及有效性,最后给出了加工实例,实例表明该方法可以有效地控制加工模型的网格数量,并能快速地生成粗加工刀轨。     

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。     

基于能量优化和细分的参数曲面混合和孔洞填充

提出一种用能量优化法对参数曲面片进行细分的曲面混合及孔洞填充方法。该方法是先根据能量优化原理求出混合(填充)细分曲面的控制顶点，运用边界修改细分法，在正常Catmull-Clark细分之后，将控制网格边界轮廓去除，再进行下一次细分，从而生成一张完整光滑的细分曲面。该方法在保持混合(填充)细分曲面与基曲面在边界处C^2连续的同时，使混合(填充)细分曲面具有较好的光顺性。实例表明，该方法具有较高的效率，且混合(填充)的效果较好。     

细分曲面多轴精加工刀具轨迹生成算法研究

在细分曲面造型技术日益盛行的情况下,以Catmull-Clark细分曲面为例,研究了细分曲面多轴精加工刀具轨迹生成算法。采用二阶差分方法计算满足加工精度要求的细分次数,并对细分后的网格进行等距。根据等距网格各顶点的变形因子,得到变形后的网格。获得截面数据点,并逆变形至原始空间。采用面积均值方法,计算得到刀位点的位置及刀具轴线方向矢量。通过三轴加工与所研究算法四轴加工进行对比,确认所研究算法加工误差较小,更为精确。     

细分曲面的形状调节与控制

对Doo-Sab in细分算法进行了延拓,通过引入一个形状参数λ(0≤λ≤1),使生成的细分曲线、曲面在给定拓扑网格的情况下可以调节和控制。本文提出的算法简单、易于操作,可方便地解决工程实际中曲面位置调整和形状控制问题。     

用非均匀细分模式构造N边域曲面

给出了用非均匀Catmu ll-C lark细分模式产生N边域曲面的两种方法。非均匀Catmu ll-C lark细分模式被推广到了开网格,如何产生带有B样条边界的N边域曲面是论述的重点。所建构的N边域曲面分为两类:不插值于网格角点的曲面和插值于网格角点的曲面。为了得到这样的曲面,需要对网格边界附近那些边所对应的参数进行相应的平均化,然后运用非均匀情形下的轮廓删除法可以产生第一类曲面,通过在边界附近的正则子网上采用新的细分规则能够产生第二类曲面。这两种构造N边域曲面的方法为NURBS曲面中N边洞的填充与NURBS曲面的混合提供了一个思路。