基于STL文件的斜切削切片软件开发

分析了三角形面片与切平面的位置关系，提出了一种新的截面信息计算方法和特征参数提取方法，对比传统的LOM算法，该算法尤其适用于以金属板材为造型材料的LOM制造，并在此算法上开发了斜切削软件。     

快速成型中CLI模型的真实感图形研究

对ＣＬＩ模型的真彩可视化问题进行了一定的研究。提出在ＯｐｅｎＧＬ编程环境下,模型真彩可视化的关键在于三角形重划分。作者根据ＣＬＩ模型的特征,将三角形重划分过程分为顶平面、底平面和侧面三个部分,并对顶平面和底平面应用Ｄｅｌａｕｎａｙ准则,对侧面应用最短距离算法。这种三角形重划分方法在快速成型软件应用中取得了卓有成效的效果。     

采用三角形网格的平面裁剪算法研究

为解决基于递归分割的曲面建模方法在实际应用过程中存在的问题,对递归分割曲面编辑方面的裁剪问题进行研究,提出一种带形状参数的三角形网格平面裁剪算法。由于在平面展开图中三角形的形态更接近该三角形在裁剪曲面的空间形态,因此在平面展开图上进行三角划分的方法,可以减少狭长三角形的数量,通过对裁剪区域的简化避免了合并三角形的繁杂运算,对于解决裁剪操作中三角形网格品质要求与相似性要求之间的矛盾,提供了一种可供选择的方法。进行了封闭、非封闭、单连通和多连通三角网格的裁剪操作,以实例验证了该方法的可行性。该算法可为研究同类问题提供参考。     

一种任意平面有限元网格划分方法的研究

提出了一种可在平面内进行三角形有限元网络划分的方法．该方法可以在任意二维区域进行剖分;剖分单元除了边界和部分过度单元外,主要为等边三角形。该划分方法质量好．速度快．有利于提高有限元的计算精度。本文介绍了其基本思想和算法实现。     

AutoCAD图形的三角形网格划分方法

介绍了对AutoCAD线框模型进行三角形网格划分的方法。本算法适应于AutoCAD生成的任何平面域 ,以及旋转面和平扫面两种曲面。将AutoCAD的造型功能和本算法结合起来 ,可方便地为有限元计算提供网格模型。     

高效率的三角网格模型保特征简化方法

部分三角网格模型因数据量庞大而导致其不便于存储、分析和显示,本文提出了一种结合网格精细化方法的三角形折叠网格简化算法以解决此问题。首先通过3~(1/2)网格细分法确定待折叠三角形三个顶点的修正坐标,并根据修正坐标初步确定折叠点位置,然后引入折叠点的拉普拉斯坐标和原三角形法向信息来更新折叠点位置,最后由三角形折叠后该区域的体积误差和被折叠三角形的平展度共同确定折叠代价,从而使网格优先从较为平坦和特征点较少的区域开始依次进行三角形折叠简化。对多个模型进行了实验测试和数据分析,结果表明该方法能够有效精简网格数据,与3个不同类型的简化方法相比,该方法的简化效率最高,而且能有效保持原网格模型的几何特征并控制简化三角形的质量。     

STEP到VRML格式转化中实体三角剖分的快速算法

针对 STEP到 VRML 文件格式转换的需求 ,提出了一种改进的平面多连通域到单连通域的快速切分方法 ,并介绍一种适合 VRML 应用的任意二维平面域快速三角剖分算法 ,该算法生成的三角形较少     

基于曲率球的参数曲面自适应三角化方法研究

参数曲面的三角化算法是有限元分析和数控机床路径规划的基础。文中提出了一种新的基于分层递推思想的三角化算法,直接在曲面上生成三角网格。根据曲面微分几何定义相对保守的曲率球概念,将局部曲面近似成曲率球面,在球面上建立三角形边和面片的误差模型和递推关系,计算三角形各个顶点在欧式空间以及参数空间的坐标。然后采用逐层递推的方法,从曲线边界开始,逐层生成三角形网格,直至满足收敛准则。文章最后将此算法用C++程序语言编程并通过NURBS曲面进行实例验证,结果表明该算法能够较好的对参数曲面进行三角网格划分。     

局部保形映射到整体能量优化的曲面展平

针对复杂网格曲面提出了一种局部保形映射到整体弹性能量优化的曲面展平算法。该方法基于局部到整体的思路,通过分析作用在局部三角形上的仿射变换雅可比矩阵的奇异值,得到三角形到平面参数域的保形映射。在此基础上,通过迭代优化由网格线弹性应变能组成的能量函数,使得整体网格的节点内力达到平衡状态,对局部保形映射后的网格进行整体拼接和优化。应用实例表明,该方法稳定可靠,能得到较好的网格曲面展平结果。     

任意曲面离散求交的投影算法及其实现

提出一种任意曲面离散求交的投影算法。曲面首先被离散为一系列三角形平面子面片 ,然后将这些平面三角形面元分别投影到正投影面和水平投影面上 ,再将得到的两个投影映射到二维空间。在二维空间 ,求出两相交三角形的交线段 ,其集合就是两曲面交线的逼近。在详细描述算法原理后 ,给出了算法的实现步骤     

基于复合三角Bezier曲面/平面交线的裁剪

提出一种复合三角Ｂｅｚｉｅｒ曲面与平面的求交算法,这种算法能处理多条交线、交线环的情况,在自由曲面数控加工编程中具有广泛的应力场合,对提高汽车等领域的曲面ＮＣ加工精度具有重要的工程价值。将交点作为型值点插入相应的三角网格,通过三角网 重新划分和分离,实现复合曲面的裁剪。试用显示,这种裁剪方法在工程上是行之有效的。     

多轴加工无干涉刀具路径生成算法研究

多轴数控加工中刀具路径的计算直接影响加工零件的精度和加工效率。本文介绍了一种平底刀多轴无干涉刀位轨迹生成算法,在刀轴方向上消除干涉量。首先对参数曲面进行三角离散化,根据曲面相应点的法矢布置初始刀具位姿。构造曲面和刀具的OBB模型,通过包围盒间的快速相交测试得到刀具与曲面的干涉三角片,在此基础上,采用解析方法计算刀具与干涉三角片在刀轴方向上的干涉量,修正刀位点,最后得到无干涉刀位轨迹。     

PDGI-BASED REGULAR SWEPT SURFACE EXTRACTION FROM POINT CLOUD

A principal direction Gaussian image (PDGI)-based algorithm is proposed to extract the regular swept surface from point cloud. Firstly, the PDGI of the regular swept surface is constructed from point cloud, then the bounding box of the Gaussian sphere is uniformly partitioned into a number of small cubes (3D grids) and the PDGI points on the Gaussian sphere are associated with the corresponding 3D grids. Secondly, cluster analysis technique is used to sort out a group of 3D grids containing more PDGI points among the 3D grids. By the connected-region growing algorithm, the congregation point or the great circle is detected from the 3D grids. Thus the translational direction is determined by the congregation point and the direction of the rotational axis is determined by the great circle. In addition, the positional point of the rotational axis is obtained by the intersection of all the projected normal lines of the rotational surface on the plane being perpendicular to the estimated direction of the rotational axis. Finally, a pattern search method is applied to optimize the translational direction and the rotational axis. Some experiments are used to illustrate the feasibility of the above algorithm.     

一种光学投影测量仿真方法

提出一种新的光栅条纹投影轮廓术仿真系统,该系统通过坐标系平移、转换以及运用相似三角形等方法,使仿真系统不再要求投影仪光轴和照相机光轴相交于一点。克服了投影仪和照相机之间的位置约束,该系统能对更复杂的测量系统进行仿真和算法研究。不同系统参数下的仿真结果表明,该系统可以实现光轴无交点情况下的仿真,得出的阴影区域符合实际情况。     

Laser scan planning based on visibility analysis and space partitioning techniques

This paper presents a methodology to develop an automatic process planning system applied for scanning parts with free-form surfaces by using a laser stripe system mounted on a coordinate measuring machine (CMM). The part has been modelled using a STL format that permits the automatic recognition of any part surface. The valid orientations of the scanning device are obtained in order to guarantee the visibility of the zone to be scanned and also to be compatible with the constraints imposed by the process. With the aim to speed up the calculation of valid orientations, we apply different methods like space partitioning techniques base on kd-tree as well as back-face culling algorithms. Once the space occupied by the part is partitioned in regions, recursive ray traversal algorithms are used in order to exclusively check for intersection the part triangles of the STL model that can potentially be traversed by each laser beam direction. In order to reduce the scanning time related to laser orientation changes, part triangles must be classified into a set of clusters based on their common visibility orientations. Finally, the scanning paths for each cluster are generated as well as the joining paths between them by taking into consideration depth of field and laser beam width.     

DELAUNAY-BASED SURFACE RECONSTRUCTION ALGORITHM IN REVERSE ENGINEERING

Triangulation of scattered points is the first important section during reverse engineering. New concepts of dynamic circle and closed point are put forward based on current basic method. These new concepts can narrow the extent which triangulation process should seek through and optimize the triangles during producing them. Updating the searching edges dynamically controls progress of triangulation. Intersection judgment between new triangle and produced triangles is changed into intersection judgment between new triangle and searching edges. Examples illustrate superiorities of this new algorithm     

Boolean operations of STL models based on loop detection

For the data processing of rapid prototyping manufacturing, Boolean operation can offer a versatile tool for editing or modifying the STL model, adding the artificial construction, and creating the complex assistant-support structure to meet special technical requests. The topological structure of STL models is built firstly in order to obtain the relationship among the triangular facets of the object. The intersection test between two triangles picked, respectively, from two solids is taken to get the intersection triangle pairs and the intersection segments array, from which the intersection segments loops are detected. The intersection surfaces are divided into several surface patches along the intersection loops. The inclusion prediction is taken by testing the candidate point whether inside or outside the solid region of the solid slice. Detecting the loops for determination of the valid intersection lines greatly increases the efficiency and the reliability of the process. An erratum to this article can be found at     

基于多信息体素空间划分的高效自由曲面分层算法

随着多自由度增材制造技术的发展,直接基于曲面的分层处理和路径规划方法被广泛研究。针对目前曲面分层算法通用性不强、效率低下等问题,提出基于多信息体素空间划分的高效鲁棒的自由曲面分层算法。通过将三角面片表面体素化,快速筛选出相交三角面片,算法时间复杂度由传统算法的平方复杂度降低为线性复杂度,解决了以往曲面分层算法难以处理大尺寸复杂模型的问题。根据三角网格邻接边的拓扑连续性避免同一轮廓环交点在不同求交条件下的重复计算,解决交点重复求交过程因为浮点数计算误差导致的点扩散问题,获取正确曲面轮廓交线环。最后对交线环内部的曲面进行三角剖分,获取曲面内部信息,得到曲面分层结果。测试了不同模型的圆柱面、球面、自由曲面等类型的曲面分层处理以及算法运行时间,验证了本算法的高效性和正确性。在6轴KUKA机器人和2轴变位机组合装备上对螺旋桨模型进行加工试验,证明了本算法的实用性。     

基于网格包络的工业机器人仿真碰撞检测算法

为提高工业机器人在复杂作业环境下的碰撞检测效率,提出了一种网格包络的碰撞检测算法,以大量等尺寸的立方体网格来包络模型本身,并在网格内部建立网格子模型的AABB树结构。该算法在建模过程中将网格的空间坐标进行有序存储,在遍历阶段可快速搜索到相交的网格,之后遍历网格内部的树结构来进一步判断模型是否碰撞。该算法网格内部的子模型几何数据量远小于整体模型几何数据量,其网格内的检测速度远快于以整体模型建模的传统层次包围盒方法的检测速度。实验结果表明,在大型复杂模型碰撞检测仿真中,该算法在不同网格数量下的检测效率比传统的Solid算法的检测效率快数倍到数十倍。