复杂三角网格模型分治加工刀具轨迹生成

为了解决复杂三角网格模型数控加工效率与精度之间的矛盾,提出包括模型分割以及子区域轨迹规划的分治加工方法.针对分治加工的需求,提出一种基于加工区域特征表述的区域生长原则,用于模型的区域生长分割;为避免在子区域中生成过多的短刀具轨迹,对分割后的子区域进行区域优化合并与边界光顺处理,子区域轨迹规划时对不同的特征子区域采用不同的刀具轨迹生成策略.在等残留高度法刀具轨迹生成中,提出初始轨迹生成方法,并改进扩展了刀具轨迹的投影偏置扩展过程,以解决边界不规则子区域的刀具轨迹生成问题.实例结果表明,基于加工区域特征表述的区域生长原则能够有效地驱动加工模型的区域生长分割,不同特征子区域以适当的刀具轨迹生成策略生成了有效的刀具轨迹.     

平面域中散乱点的Delaunay三角化算法

基于三角网生长算法和分治算法的思想,提出并实现了一个平面域散乱点的三角网格重构算法.算法首先利用分治算法的思想将散乱点集进行分割,然后在四个极值点确定初始三角形的基础上,基于边的扩展原则构造新的三角形,使网格不断向周围扩展直到所有的待扩展的边全部能构成三角形为止,最终构造出整个散乱点集的三角网格.     

基于Laplace谱嵌入和Mean Shift的 三角网格一致性分割

针对现有网格分割算法对模型姿态及噪声敏感的不足,提出一种基于Laplace谱嵌入和Mean Shift聚类的网格一致性分割算法。采用Laplace-Beltrami算子,将3维空域中的网格模型转化成高维Laplace谱域中的标准型,降低了姿态变化和噪声对分割算法的影响,并增强了网格的结构可分性;在高维谱域中,采用非参数核聚类MeanShift算法,获取模型有视觉意义的语义区域。实验结果表明:该算法可以快速有效地实现具有分支结构三角网格模型的有意义分割且对模型姿态和噪声具有较好的鲁棒性。     

基于商空间粒度理论的三维网格分割方法

通过研究已有的网格分割和模型简化方法 ,分析三维模型的网格分割中的商空间粒度思想 ,并将商空间粒度计算引入到网格分割中 ,对网格分割过程进行描述 ,提出了基于粒度分层合成技术的网格分割方法。该算法通过分别提取模型中各三角形网格区域的几何特征构成不同的粒度区域 ,再根据粒度合成理论。将这些所形成的粒度组织起来 ,从而实现对三维网格的最终分割 ,为三角网格模型的简化提供了快速有效的方法。实验表明了该算法对于网格分割的有效性和正确性。     

基于区域分割的三角网格模型相似性比较

为了在工程应用中检索已有的三角网格模型,以便重用相应零件的设计信息,节省设计和加工成本,提出一种基于区域分割技术的三角网格模型相似性比较算法。依据三角网格模型的球面图像将模型分割为若干个区域;对每个分割得到的区域用一个10维向量表达其形状的几何特征和拓扑特征,一个三角网格模型的特征即可通过各分割区域所对应的10维向量组成的向量组表达;将该向量组作为三角网格模型的形状描述子,两个三角网格模型的相似性可通过相对应的形状描述子间的相似性表达。将描述子中的每个向量看成是一个带有属性的节点,通过两组节点组成的完全二分图的最优匹配进行两个形状描述子之间的相似性比较,实现两个三角网格模型之间的相似性比较。实验结果表明,该算法有效可行。     

基于三角网格的交互式数据分割研究

为了有效地提高三角网格模型数据分割的效率和准确性,设计了一种交互式的数据分割算法--基于夹角追踪的区域边界生成方法.该方法在自动提取三角网格模型特征点的基础上,交互地选取区域边界的起点和终点,由起点和终点建立一个方向向量.沿着方向向量,以夹角追踪的方式查找其它的边界点,直到起点和终点在同一三角形中.根据三角网格所具有的特征,设计了新的区域边界光顺算法和域内顶点的查找方法.部分典型算例表明了该设计算法的正确性和有效性.     

反向工程中三角网格的加工特征识别

为实现反向工程中的特征重构,提出一种在三角网格上由Morse-Smale复形转换为分割面属性邻接图进行加工特征提取的算法.首先通过移动最小二乘曲面法计算网格顶点曲率,构建曲率特性指标函数,消除因网格连接引起的误差,达到降噪的作用;然后在三角网格上建立和简化Morse-Smale复形,精确提取特征线,将网格分割为边界清晰连续的区域,并获得各区域的邻接关系;最后判断关键点和特征线的性质,将Morse-Smale复形直接转换为分割面属性邻接图进行加工特征识别.实验结果表明,该算法准确、高效,而且不需要人工干预,对于反向工程中大规模、带噪声的网格具有较好的识别效果.     

综合曲率约束的在线网格模型分割方法研究

针对现有三角网格模型块分割方法普遍存在计算复杂度高,无法体现工程意义,综合效果不理想,不满足Web环境下高效快速分割等问题,提出一种面向Web环境的简单高效的三角网格模型分割方法。根据高斯曲率和平均曲率特性划分出网格模型的凹区域,在凹区域中依据最小负曲率阈值提取凹特征区域,结合区域中心特征线提取方法以及边界线闭合和优化算法构造出闭合分割线,通过分割线将三角网格模型分割成有意义的分块。依托开源数字几何处理软件MeshLabJS,运用WebGL的几何处理及图形渲染功能,在普林斯顿标准数据集和COSEG形状数据集上进行算法测试,验证所提方法能够在Web环境下快速、高效、有意义地分割三维模型。     

基于动态空间索引结构的三角网格模型布尔运算

针对目前三角网格模型布尔运算运行效率低的问题,提出了一种三角网格模型的动态空间索引结构,基于该结构可快速定位2个网格模型之间的相交区域,求解其交线;进而沿交线将每一三角网格模型分割成2个子网格模型,通过子网格模型的不同拼接生成三角网格模型的布尔运算结果.实例结果证明,该算法可准确地求解交线数据,有效地提高三角网格模型的布尔运算效率,并适用于各种复杂型面三角网格模型.     

基于三维重建技术的三角剖分

在分析已有算法的基础上,利用增量法与分治法相结合的思想,实现了直接对空间散乱点的三角剖分.通过对空间散乱点的三角剖分,最终得到满足所要重建物体的三角网格模型,且网格非常均匀,该模型直观、清晰地再现了实体模型.实验证明了算法的可行性.     

Boundary-trimmed 3D triangular mesh segmentation based on iterative merging strategy

This paper presents a segmentation algorithm for 3D triangular mesh data. The proposed algorithm uses iterative merging of adjacent triangle pairs based on their orientations. The oversegmented regions are merged again in an iterative region merging process. Finally, the noisy boundaries of each region are refined. The boundaries of each region contain perceptually important geometric information of the entire mesh model. According to the purpose of the segmentation, the proposed mesh-segmentation algorithm supports various types of segmentation by controlling parameters.     

Pencil curve detection from visibility data

The trajectory of the ball-center point of a ball-end mill slid along a concave-edge region on a part surface becomes a pencil curve, and the ball-end milling along the pencil curve is called pencil curve machining. Presented in the paper is a procedure for computing pencil curves for 3-axis sculptured surface machining. The proposed algorithm traces pencil curves from an offset triangular mesh having numerous intersections (self-intersections). Since the outer skin of an offset triangular mesh makes the valid CL-surface, pencil curves can be obtained by connecting valid intersections lying on the outer skin of the offset mesh. The underlying concept of the proposed algorithm is that visible intersections are always valid for pencil curves. To obtain the visibility data of intersections, the proposed algorithm uses a graphics board, which performs hidden surface removal at a rate of up to a million polygons per second. Various examples have been tested with implementation of the algorithm, and some examples are presented for illustration.     

一种基于多区域并行的网格模型简化的两步法

针对三角形网格模型简化中保持细节特征的要求,引入了图像的区域分割原理,提出了一种基于区域生长的网格模型区域分割方法．在此基础之上,提出了一种基于多区域并行的自适应三角网格模型简化的两步法,对于不同的区域采取按照比例进行简化的并行机制．此方法的特点是保持模型细节的基础上,大大地加快了模型的简化速度．另外,还提出了一种基于多区域并行的累进网格模型的实现方法,有效地实现了保持细节特征的多分辨率模型,并实现了具有细节特征的多分辨模型间的层次过渡．经实验证明,该方法能够快速有效地对三角形网格模型进行简化,并具有保持模型的三角形网格密度分布的特点．     

An efficient and robust algorithm for 3D mesh segmentation

This paper presents an efficient and robust algorithm for 3D mesh segmentation. Segmentation is one of the main areas of 3D object modeling. Most segmentation methods decompose 3D objects into parts based on curvature analysis. Most of the existing curvature estimation algorithms are computationally costly. The proposed algorithm extracts features using Gaussian curvature and concaveness estimation to partition a 3D model into meaningful parts. More importantly, this algorithm can process highly detailed objects using an eXtended Multi-Ring (XMR) neighborhood based feature extraction. After feature extraction, we also developed a fast marching watershed-based segmentation algorithm followed by an efficient region merging scheme. Experimental results show that this segmentation algorithm is efficient and robust.     

基于灰度分布的图像三角网格化算法

借助于小波图像分解,提出一种基于图像内容的三角网格表示方法——基于双向模板的图像三角网格化算法.算法考虑图像的灰度分布,利用小波的图像分解能够将图像的各个方向的细节表现出来这一特性,给出符合原始图像灰度分布的三角划分,再对图像的三角划分进行三角网格化,最后获取整幅图像的网格划分.为了得到更好的重建图像质量,对该初始网格进行了细分,并针对三角网格规模的减小做出优化算法.同时提出一种记录模板号和细分点的数据存储结构,用二进制数据流来存储三角网格.通过实验数据对比,该算法能够很好的表示图像,在三角网格规模以及重建图像质量上较其它算法都有一定的优势,是一种极其有效的图像表示方法.     

基于体半径函数的网格分割算法

为解决现有网格分割算法对表面局部特征和噪声敏感的问题,定义一种刻画模型体属性的测度——体半径,该测度具有姿态不变性和噪声鲁棒性.在此基础上,提出一种网格层次分割算法.计算模型顶点的体半径值,采用二状态高斯混合模型对体半径分布拟合,进行连通分量标注,获取模型的各子部件,结合图切分技术得到有视觉意义的分割结果.实验结果表明...     

Smooth tool path generation for 5-axis machining of triangular mesh surface with nonzero genus

NC machining of a nonzero genus triangular mesh surface is being more widely confronted than before in the manufacturing field. At present, due to the complexity of geometry computation related to tool path generation, only one path pattern of iso-planar type is adopted in real machining of such surface. To improve significantly 5-axis machining of the nonzero genus mesh surface, it is necessary to develop a more efficient and robust tool path generation method. In this paper, a new method of generating spiral or contour-parallel tool path is proposed, which is inspired by the cylindrical helix or circle which are a set of parallel lines on the rectangular region obtained by unwrapping the cylinder. According to this idea, the effective data structure and algorithm are first designed to transform a nonzero genus surface into a genus-0 surface such that the conformal map method can be used to build the bidirectional mapping between the genus-0 surface and the rectangular region. In this rectangular region, the issues of spiral or contour-parallel tool path generation fall into the category of simple straight path planning. Accordingly, the formula for calculating the parameter increment for the guide line is derived by the difference scheme on the mesh surface and an accuracy improvement method is proposed based on the edge curve interpolation for determining the cutter contact (CC) point. These guarantee that the generated tool path can meet nicely the machining requirement. To improve further the kinematic and dynamic performance of 5-axis machine tool, a method for optimizing tool orientation is also preliminarily investigated. Finally, the experiments are performed to demonstrate the proposed method and show that it can generate nicely the spiral tool path or contour-parallel tool path on the nonzero genus mesh surface and also can guarantee the smooth change of tool orientation.