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。     

用于非均匀有理B样条曲面裁剪的扫描线算法

提出一种用于非均匀有理B样条曲面裁剪的算法.首先在非均匀有理B样条曲面的参数域中定义曲面的裁剪曲线,然后自上而下地分析曲面参数域中的每一条U(或V)向线段(扫描线),通过这些扫描线与裁剪曲线的相交关系来判定曲面的裁剪域,再将其映射到三维空间中,从而显示出裁剪操作的结果.由于可以通过定义扫描移动最小步距值来控制曲面裁剪操作的精度,该算法适用于各种精度需求的裁剪操作场合.此外,也可以根据需要对扫描进行定位操作来实现各种裁剪特效.     

发动机缸盖气道外壁构建

基于NURBS理论对发动机缸盖气道外壁进行构建,截取原气道截面线并偏移截面线,抓取偏移截面线节点建立B样条曲线,选取四条边界B样条曲线并定义内部控制曲线生成外壁曲面,合并外壁曲面实体化生成外壁实体。     

基于角度分割的截面线数据匹配点对建立算法

研究了从截面线数据到B样条曲面拟合的过程中,建立最佳匹配数据点对的问题。提出了一种基于角度分割建立截面线数据匹配点对的算法,该算法利用各层截面线的公共几何中心,计算各点到中心的斜率,再利用基于斜率的插值获取给定角度在原参数曲线上的参数值。最后运用德布尔点的递推公式得到参数对应的坐标。当处理完所有的截面线数据,就得到了一组采样个数统一的匹配点对。该算法在进行截面线数据重采样的同时就完成了对数据点的对正处理,不仅适用于对凸轮廓的处理,而且也能处理层间形状变化较大的截面线数据。     

流形网格曲面上测地B样条插值

针对现有曲面上自由曲线设计方法的不足,提出一种插值于流形网格曲面上给定点列的测地B样条曲线生成方法。用流形网格曲面上两点间的最短测地线代替欧氏空间中的两点间直线,将欧氏空间中的德布尔算法拓展到曲面空间,得到流形网格曲面上的测地B样条表示形式。对于给定的约束于网格曲面上的点列,基于欧氏空间中的B样条插值理论,反算出其控制顶点,将这些控制顶点投影到网格曲面上,作为待求曲线的初始控制顶点,生成初始的测地B样条曲线。为使曲线尽可能逼近于型值点,提出反向误差补偿策略,通过简单迭代求取约束于网格曲面上的控制顶点。根据曲线的凸包性,将曲线所在测地凸包区域与整体网格曲面虚拟分割,使插值测地B样条曲线的计算量仅与曲线所在测地凸包区域内的网格顶点数有关,而与整体网格大小无关,从而大大减少计算量。试验结果表明,所介绍方法健壮、有效,能满足曲面上曲线的交互设计要求。     

一种基于曲线拟合与采样的点云数据压缩方法

在反求工程中,从样件表面采集得到的通常是数量非常庞大的点云数据,严重影响了曲面重建算法的效率;另外,基于四边域曲面的重建算法通常要求型值点数据呈拓扑矩形排列,而采样得到的散乱点云通常不满足这一拓扑要求。文中提出了一种新的数据压缩技术路线,用于把海量散乱点云数据合理地压缩到四边域曲面重建所要求的数据量和拓扑形式。该方法的核心是B样条曲线的拟合和采样。为使采样点更好地反映原始模型的外形特征,给出了一种基于曲率的自由曲线自适应采样算法。应用实例表明本文提出的方法达到了预期的效果。     

逆向工程中扫描数据点的曲面重构

针对三维扫描数据点的曲面重构技术在实际系统中的应用，提出了一种以B样条曲面为基础的曲面构造算法。已知数据点按简明行方式排列，算法产生一个连续的B样条曲面，该曲面的参数化过程不受每行数据点分布的影响。根据所传递的候选节点矢量，采用柔性间距选择，有效地减少了控制顶点数，同时应用三维图形标准以及图形函数库，在VC 6．0平台上完成了该软件的编制。通过实际系统应用验证，该算法改进了传统曲面重构方法在处理非均匀扫描数据点时曲线曲面形状的失真和运算的不稳定现象，计算简单，易于编程实现。     

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。     

基于截面数据的B样条曲面光顺拟合

分析了B样条曲线的光顺拟合方法，针对按截面测量所得数据，将B样条曲线光顺拟合的方法扩展到B样条曲面的光顺拟合，并给出了数值算例。     

保持参数分布状态的有限元变形网格B样条曲面重建算法

针对变形前后的有限元网格模型及原始曲面模型,提出一种保持参数分布状态的B样条曲面重建算法。在裁剪区域,通过对原始曲面进行平移、延伸、截取及重新参数化等操作,构造初始拟合曲面;在非裁剪区域,在垂直于大曲率边界的参数方向上插入截面线并重新参数化两条大曲率边界,用双向蒙皮的方法重建拟合曲面。然后进入重新参数化网格点和重新拟合曲面的迭代过程,直至满足终止准则。在曲面迭代修改过程中,通过计算基函数的极值点给出一种更精确的欠约束区域判定方法;利用插值四边/三角细分算法细化粗糙网格模型,补充约束条件,提高拟合曲面的光顺性;借助拟合曲面补充边界约束条件,结合网格点插值和形状保持约束,改进裁剪曲面的拟合精度。实验结果验证了算法的有效性。     

基于散乱测量数据点的三轴数控粗加工刀位轨迹生成算法

提出了一种直接利用三维散乱测量数据点的三轴数控粗加工刀位轨迹生成算法。首先根据切层深度作一组垂直于Z轴的平面，去截取测量点云，得到一系列切层截面点集，再在每个切层面上组环并判断加工区域，规划出刀位轨迹，将每一分层平面上的刀位轨迹按适当的方式连接起来，就可构成零件的整体加工轨迹。该算法避免了由测量点构造曲面且由曲面来进行刀位轨迹生成的这一复杂过程。     

Effect of probe size and measurement strategies on assessment of freeform profile deviations using coordinate measuring machine

Freeform profiles and surfaces have wider engineering applications. Designers use B-splines, Non-Uniform Rational B-splines, etc. to represent the freeform profiles in CAD, while the manufacturers employ machines with controllers based on approximating functions or splines that can cause deviations in manufactured parts. Deviations also creep in during the manufacturing operations. Therefore the manufactured freeform profiles have to be verified for conformance to design specification. Different points on the profile are probed using a coordinate measuring machine (CMM) and a substitute profile is established from the CMM data for comparison with design profile. The sample points are distributed according to different strategies. In the present work, two new strategies of distributing the points on the basis of curve length and dominant points are proposed considering the geometrical nature of the profiles. Metrological aspects such as probe contact and margins to be provided at the ends have also been included. The results are discussed in terms of form deviation with reference to substitute profile and positional deviation between design and substitute profiles, and compared with results of the strategies suggested in the literature.     

面向快速原型制造的形状反求关键技术

用局部切平面族逼近原型体的方法进行基于散乱数据点云的形状反求。基于某点的邻域点集构造局部切平面，用黎曼图表示局部切平面的邻接关系，通过最小生成树进行局部切平面调整，使其法矢一致化，然后用Marching Cubes法重建三角网格模型。该方法除了点的三维坐标，无需任何附加信息即可自动判断散乱数据点所蕴涵的拓扑结构，适于快速建立具有任意拓扑结构的复杂形体。应用结果表明该方法稳定、可靠、执行效率高。     

Leaflet geometry extraction and parametric representation of a pericardial artificial heart valve

Reverse engineering technology was used to reconstruct the complex leaflet geometry of a commercial pericardial valve in our study. Results show that the three-dimensional computer-aided design model of the leaflet surface can be rendered by fitting the surface either to cloud points or by a group of B-splines fitted to a set of cloud points that had been obtained by the process of laser-scanning digitizing. However, an acceptable smooth surface is usually not guaranteed and additional manipulation is required. An alternative method is introduced in this paper, which involves the fitting of an equation to the leaflet geometry to create a smooth surface. The geometrical profile of a pericardial artificial heart valve was scanned using a laser digitizing system. The leaflet profile is represented as a set of cloud points. A quadric surface is fitted to a set of unique points, which were located on the set of cloud points. A mathematical equation is obtained by solving a least-squares fit. The geometry of the fitted leaflet surface has been proven to be closely represented by an elliptical hyperboloid. The quadratic equations of the leaflet curvatures, calculated along both the circumferential and the radial directions, resulted in simple hyperbolic curvatures. The advantages of using elliptical hyperboloid geometry for the leaflet surface are discussed and compared with other types of conicoid geometries. The concepts of parametric representation of the leaflet geometry and parametric design for leaflets are discussed. A smooth surface without inflection points and with an adjustable surface area suitable for a series of stent sizes with incremented diameters is created by this method of a single parametric design. Finally, a generic method to apply the geometry extraction and parametric representation to most pericardial heart valve prostheses was discussed. The application to valves with natural shape was introduced, challenges were identified, and a technical solution was proposed.     

约束抽样Hough变换的光纤端面精确定位

为提高经光纤传输后光束方向的稳定性,提出了一种新的光纤端面精确定位方法。该方法针对光纤端面光能量中强模间噪声干扰的特点建立了约束抽样Hough变换,可实现对噪声的去除和对轮廓的准确提取,并根据轮廓的特征把特征点分为基元类和噪声类,对两类点分别进行约束抽样Hough变换,可显著减少存储所需要的内存空间,有效抑制噪声对轮廓的干扰,准确得到属于轮廓的特征点。根据各特征点对轮廓的贡献,采用弦长加权拟合法对轮廓点进行处理,从而得到轮廓的中心位置。实验结果表明,该方法对光纤端面的定位不确定度优于0.2 pixel,成像物镜放大倍数为10时,定位不确定度优于0.4 μm。     

A new approach for lofted B-spline surface interpolation to serial contours

This paper addresses the problem of B-spline surface interpolation to serial contours, where the number of points varies from contour to contour. A traditional approach to the problem creates a set of B-spline curves via B-spline curve interpolation to each contour, makes them compatible via degree elevation and knot insertion and performs B-spline surface lofting to get a B-spline surface that interpolates them. The approach tends to result in an astonishing number of control points in the lofted B-spline surface. This situation arises mainly from the inevitable process of progressively merging different knot vectors to make the B-spline curves compatible. This paper presents a new approach for fixing this problem. The approach includes a novel process of obtaining a set of compatible B-spline curves from the given contours. The process is based on universal parameterisation [1, 2], allowing the knots to be selected freely but leading to a more stable linear system for B-spline curve interpolation. Since the number of control points in each compatible B-spline curve is equal to the highest number of contour points, the proposed approach can realise efficient data reduction and provide a compact representation of a lofted B-spline surface while keeping the desired surface shape. Some experimental results demonstrate its usefulness and quality.     

手形特征点定位方法的研究

手形识别是指对手部的轮廓所构成的几何图形进行识别,提取的特征为手的不同部位的尺寸或是手指边缘的轮廓点集。二维手形图像的识别主要有手形轮廓点集匹配和手形特征矢量匹配两种方法。目前应用最多的是第二种方法,应用这种方法首先要准确定位手形轮廓上的特征点。总结了一些定位手形特征点的方法,找到这些特征点后才能选取适当的特征矢量进行手形识别。     

离心风机叶片扩压器内部流场的试验研究

利用激光多普勒测速仪(LDV)测量了离心风机叶片扩压器的内部流场。试验中，分别在大流量和小流量两个工况下对离心风机叶片扩压器的内部流场进行了详细的测量，由测量结果分析了叶片扩压器流道中前侧板侧、中间和后侧板侧三个回转面上气流速度的矢量分布和等值线分布，以及气流从扩压器的叶片凹面到凸面、从扩压器的进口到出口的流动特性。结果表明在扩压器喉部附近靠近扩压器凹面的局部区域，速度的方向会向叶片凸面发生较大角度的偏转；随着流量的增大，该区域将会向叶片扩压器的下游及流道宽度方向发展。     

基于傅里叶描述子的平面物体表征与抓取规划

针对传统抓取规划方法难以计算复杂轮廓物体、计算量大耗时长的弊端,以及基于深度学习的抓取规划方法物理模型简单、训练集制作耗时长的缺陷,提出了一种基于傅里叶描述子的平面物体表征及抓取规划方法。对物体进行图像采集和轮廓提取,将以散点形式表示的轮廓转化为傅里叶描述子,提取高阶项从而还原物体轮廓,构造了轮廓的参数方程。根据轮廓参数方程和接触点位置,使用不同接触模型构造抓取映射矩阵,采用凸包推进算法计算不同抓取位姿在力 力矩空间上的抓取性能指标。基于抓取性能指标,采用一种改进的粒子群方法进行抓取点规划,在二指夹持器和四指夹持器模型上进行了仿真验证。     

一种图像轮廓数据的控制点检测算法

针对如何提取图像轮廓控制点这一问题,提出了一种简单有效的方法。该方法分为去除坏点、标记轮廓数据点以及提取轮廓控制点3部分。首先计算轮廓数据点到拟合圆圆心的向量,然后根据向量间的关系找到坏点并去除,再对轮廓中的数据进行标记,最后对标记后的数据点进行数据缩减,并按照标记针对不同部分的数据提取轮廓控制点。试验验证提取出的轮廓控制点不仅能够表示轮廓的形状,也有效地消除了数据冗余。