面向逆向工程的点云数据精简方法

近年来，激光扫描技术有了重大的进展，3D激光扫描设备的精度越来越高，数据的捕获速度急剧增加，其每秒产生成千上万个数据点，这一巨大的数据量成为数据计算和存储的负担。因而，一个相当重要的问题就是，将这些巨大的数据进行精简，同时维持数据原有的精度。详细介绍了目前国内外在点云数据精简方面研究的一系列方法，并对它们的特点和使用场合进行详细的比较。     

特征提取的点云自适应精简

作为一种反映物体形貌的三维信息,点云数据的原始数据量十分庞大,直接对过多的数据进行操作会影响后续重建等工作。本文提出了一种新的点云特征提取自适应精简算法。首先对原始点云进行空间划分,构建点的k邻域,设置特征参数,进行特征分析,识别不同区域的信息和数据。然后针对平面数据预先进行边界的检测和提取,对剩余部分进行精简。最后,针对非平面区域,先提取特征,再根据曲率的不同进行不同程度的精简。办公室数据扫描实验结果表明,处理大小为百万以内点的点云模型可以在几秒之内完成,精简比能够达到90%以上,与原始数据间的误差较小:平面部分在精简前后平均偏差均在0.02mm以内,波动很小,为0.005 7mm;非平面区域精简前后的平均偏差均在0.08mm左右,差值仅为0.000 3mm,精简精度得以保证。因此,利用提出的算法处理后的数据能更好地展示物体的形貌。     

散热盖模具点云数据处理技术研究

散热盖注塑模具进行三维模型重建技术主要研究内容有模具样件的三维数据测量、点云数据处理、曲线曲面模型的重构、模具三维实体化等。点云数据预处理主要包括点云数据的对齐与重定位、数据的精简与降噪等。由于任何测量系统在采集数据时均存在误差,所以在重建模型之前,必须对采集的数据进行预处理。点云数据预处理主要包括多视点云拼合、点云数据滤波及平滑、数据精简、对噪声点和异常点的处理以及对数据进行的平滑操作等几方面。预处理后所获得的纯净数据将为后续研究奠定良好基础。     

特征保持点云数据精简

由于三维扫描设备采集的点云数据庞大,本文提出了一种特征保持的点云精简方法以在减少冗余数据的同时更好地保持原始曲面的几何特征。首先,利用K均值聚类法在空间域对点云全局聚类,对点云构建K-d树并以K-d树的部分节点作为初始化聚类中心。然后,用主成分分析法估计点云法矢和候选特征点,遍历每个聚类,若类中包含特征点则将该类细分为多个子类,细分时将聚类映射到高斯球。最后,基于自适应均值漂移法对高斯球上的数据进行分类,高斯球上的聚类结果对应为空间聚类细分结果,各聚类中心的集合为精简结果。以多个实物模型为例验证了算法的有效性。结果表明,本文方法精简的点云在平坦区域保留少数点,在高曲率区域保留更多的点。相比于非均匀网格、层次聚类、K均值点云精简法,该方法对包含尖锐特征的曲面精简误差最小,更好地保留了原始曲面的几何特征。     

摄影测量点云数据精简研究

针对摄影测量过程及所得点云数据的特征,利用模板法计算曲面曲率以确定曲面的精简比,对曲率图像进行非均匀网格滤波,实现了对摄影测量点云数据的精简。计算过程简洁方便,实验结果保持了原有数据的形态。该方法适用于摄影测量点云数据的后期处理。     

叶片机器人砂带磨抛点云匹配算法优化

为解决机器人磨抛路径中工件坐标系难以计算的问题及校正工件装夹误差,将三维点云配准技术应用到叶片机器人砂带磨抛系统中。由三维激光扫描仪扫描工件型面获得工件点云,采用基于主成分分析(PCA)的全局配准算法和改进的迭代最近点(ICP)算法完成了扫描点云和工件模型离散点云间以及不同工件扫描点云间的匹配,以获取工件坐标系和校正工件装夹误差。相关仿真和试验结果表明,优化后的算法在匹配速度与精度上有了长足改进,且加工后产品精度和质量都能满足实际加工要求。     

结构光检测点云精简与重构参数自动调节方法

针对薄壁叶片的点云扫描采样会产生特征消失、三角重构会产生孔洞现象的问题,提出一种改进的点云精简以及重构 的方法。 首先,根据法向量夹角阈值和欧氏距离提取叶片外轮廓;其次,计算点云的平均曲率和高斯曲率,设定阈值对点云划分 子集,采用索引空间法对点云数据进行精简;然后,采用贪婪算法针对距离阈值系数和三角形参数对叶片点云进行实验分析,得 出没有孔洞的贪婪三角参数经验值;最后对距离阈值系数和点云平均间距拟合出关系式,实现贪婪重构的参数自动调节。 实验 结果表明,在总体精简率为 90% 左右时,相较于另外两种方法,标准偏差分别下降了 26. 45% 和 19. 92% ,外轮廓尺寸平均偏差分 别下降了 79. 81% 和 47. 97% 。 按照提出的方法设置重构参数,重构质量良好,对薄壁叶片实现在机智能加工检测具有良好的应 用参考。     

逆向工程中基于标签的点云数据采集与处理

针对光学扫描仪采集点云数据的特点,以犁体曲面为研究对象,引入圆形标签作为扫描时的识别点及多视拼接的基准点,经合理规划后获取点云数据。从噪声去除、多视拼接、数据平滑与精简等方面讨论了点云数据预处理方法,重点研究基于标签点的多视拼接,提出了人机交互模式下多视点云数据统一方法,实例表明拼接误差可控制在0.05 mm之内,运行时间可缩短30 s左右。并利用逆向工程软件Im ageware完成了犁体曲面的构建,为探索逆向工程在农机产品设计制造中的应用提供借鉴。     

基于八叉树网格的点云数据精简方法研究

提出一种基于八叉树网格的点云数据精简方法,该方法利用八叉树来建立散乱点云数据之间的几何拓扑关系,计算出包围盒内点云的平均法矢与点法的夹角,依据夹角的大小作为立方体是否再分的条件,保留其立方体内最接近平均法矢方向的一个点,从而达到精简目的.     

激光扫描在质量检验中的应用

阐述了利用三坐标测量机和激光扫描测头,对工件进行扫描,通过Geomagic Qualify软件对扫描点云处理,进行质量检验,缩短检验时间及拓宽检查手段。     

基于云计算的智能磨削云平台的研究与应用

工业和制造业需要信息技术的支撑,以云计算为发展方向的新一代互联网技术为工业和制造业的资源整合利用创造了全新的服务平台。针对工业云和云制造的特点,提出了将云计算应用到磨削加工领域的思想,建立了智能磨削云平台,介绍了智能磨削云平台的原理、结构和关键技术,并运用云计算技术开发的相关磨削云软件的应用情况,对智能磨削云平台的发展趋势进行了展望。     

基于MapReduce和多目标蚁群算法的制造云服务动态选择算法

基于云计算技术和云服务技术研究了云服务的动态选择问题,给出了云制造服务层次化模型,提出了一种基于MapReduce和多目标蚁群算法的制造云服务动态选择算法(CSSMA)。依据CSSMA设计了多目标蚁群算法、Map函数、Reduce函数和优化策略等,并将其分布式并行运行于制造云平台中。仿真实验结果表明:CSSMA具备良好的处理大规模问题的能力,适用于制造云服务动态选择问题的求解。     

云制造——面向服务的网络化制造新模式

为求解更加复杂的制造问题和开展更大规模的协同制造,分析了目前应用服务提供商、制造网格等现有网络化制造模式在应用推广等方面遇到的问题,阐述了云计算服务模式、云安全、高性能计算、物联网等理念和新技术对解决网络化制造中运营、安全等问题的契机。在此基础上提出了一种面向服务的网络化制造新模式——云制造。给出了云制造的定义,分析了云制造与应用服务提供商、制造网格等的区别。提出了一种云制造的体系结构,讨论了实施云制造所需攻克的关键技术和所取得的成果。最后,给出了一个云制造的典型应用案例——基于云仿真原型平台的云设计。     

基于知识的云制造的研究现状

在云计算和云制造的研究及发展基础上,对基于知识的云制造进行分析与总结。首先介绍了基于知识的云制造的产生背景,分析了云计算、云制造及基于知识的云制造概念之间的关系;总结了基于知识的云制造技术体系,该技术体系由体系架构、关键技术、安全隐私和具体应用构成;给出了基于知识的云制造未来研究及应用的重点。     

基于P2P分布式开放资源管理服务的云存储方案研究

云存储技术因其能为用户提供了安全、海量、随时随地的数据存储功能而得以快速发展。提出了利用网络上现存的自然分布于世界各地的大量免费存储服务,如网盘、ftp、email以及其他形式等存储空间,将这些服务集中起来,为用户提供价廉、可靠的存储系统。介绍了一种低开销、快速度、高可用、可扩展的云存储拓扑系统,以期在该拓扑架构下实现以文件存储和共享服务为基础,不断扩展其他功能,最终形成P2P分布式存储资源共享的目的。     

基于地基云雷达资料的云宏观特征分析

利用美国能源部大气辐射测量计划移动观测设备—地基云雷达在我国寿县地区2008-10-15~2008-12-15的观测资料,对云的出现频率和宏观特征进行了统计分析。统计结果表明:寿县地区秋末冬初云出现频率最大值的时间和区域主要在06:00~09:00(UTC)(即北京时间14:00~17:00)的近地面附近,其次是在04:00(UTC)和23:00(UTC)的8km高度附近,并且云出现频率最大值时所对应的平均反射率因子最小。云层的出现频率以单层云居多,占全部云层的62.9%,双层云占29.8%,还有少量的多层云。云类型的出现频率以卷云、高层云和层积云居多,分别占30.9%、26.5%和22.2%。     

基于全天空红外测云系统的云辐射强迫研究方法

利用全天空红外测云系统(WSICMS)获得的全天空红外辐射图像,研究了云量和云的地面辐射强迫的计算方法。将全天空红外辐射图像中的辐射值和天顶角绘制散点图,从各天顶角的最小辐射值中提取晴空辐射,计算云量和云的辐射强迫,分析云的地面辐射强迫和云量的关系。结果表明:所获得的云分布图像与实际天空相吻合,准确性比较高;8～14μm波段云的地面辐射强迫与云量呈非线性关系,与其它资料的研究结果具有很好的一致性,证明了利用全天空红外测云系统进行云辐射强迫研究的可行性和准确性。     

工业云计算平台的研究与实践

云计算平台和云计算服务模式已成为后超算时代计算服务的主流载体和主流服务模式,其所蕴含的技术变革和创新服务模式将深刻影响到产业技术创新及产业竞争格局的发展,加快区域科技自主创新和区域经济结构调整的步伐。分析了云计算平台推动制造业创新发展的必然性,剖析了工业云平台的体系架构及其关键技术,并介绍了平台的开发、实现及典型应用实例。该平台已经服务北京区域经济体近100多家用户,有效地推动了区域经济体的创新发展。     

基于云计算的校园门禁系统研究

传统门禁系统有很多不足之处,将云计算应用于传统门禁系统中,增加门禁系统的多模态,并使系统处于松耦合状态,可以提高门禁系统的安全性和用户体验。该文探索并设计了云计算下校园门禁系统的云架构与构建,给出了校园环境下的门禁系统功能、应用以及逻辑设计,提高了现有硬件的利用率,使数字化管理在门禁系统中得到应用,对基于云计算的门禁系统的发展有一定参考价值。     

基于企业服务总线的云设计平台的研究与实现

为了在设计信息化过程中实现设计资源安全、稳定和高效的利用,通过分析目前网络化设计存在的问题,在网络化设计已有研究成果的基础上,结合云计算的技术与思想,提出云设计的概念,并分析云设计在整个企业信息化过程中的地位。为了支持云设计模式,基于企业服务总线提出一种云设计支持平台的体系架构,并研究了构建基于企业服务总线的云设计平台涉及到的关键技术。最后,结合某装备研发中心设计信息化,实现了基于总线的云设计平台原型系统,验证云设计在设计信息化中的应用结果。