基于二次曲面和自组织系统的自由曲面重构研究

基于局部二次曲面拟合的SFS方法将图像中的每个像素视为具有决策能力的生命单元,以灰度图像为模板,在此模板引导下,模仿生物群体的自组织行为,实现自由曲面的三维重构.在图像平面的局部区域内,利用局部灰度信息拟合二次曲面来得到自由曲面的微观模型.微观模型通过自组织系统的计算,即可得到宏观的自由曲面模型.实验表明该方法能够快速得到理想的自由曲面,且比同类方法在计算精度上有显著提高.     

基于DXF文件的自由曲面可视化

三维数据的可视化问题是计算机图形学、计算机辅助设计、计算机视觉等领域的重要课题。论文提出了一种基于DXF文件的编程方法,将由视觉传感器测得的三维数据转为DXF格式,交由逆向工程软件快捷地实现可视化的方法。初步探讨了视觉检测过程中的自适应采样问题。     

基于隐式T样条的曲面重构算法

提出隐式T样条曲面，将T网格从二维推广到三维情形，同时利用八叉树及其细分过程，从无结构散乱点数据集构造T网格，利用曲面拟合模型将曲面重构问题转化为最优化问题；然后基于隐式T样条曲面将最优化问题通过矩阵形式表述，依据最优化原理将该问题转化成线性方程组，通过求解线性方程组解决曲面重构问题；最后结合计算实例进行讨论．该方法能较好地解决曲面重构问题，与传统张量B样条函数相比，能效地减少未知控制系数与计算量．     

基于非均匀B样条的未知曲面自适应测量

曲面测量是自由曲面逆向工程中的关键步骤。从测量和重构的角度,综合考虑具有自由曲面特征的几何体测量效率及精度,提出基于非均匀B样条的平面曲线自适应测量算法,通过跨距的自适应调整去除测量过程中的噪点及误点,指导接触式三坐标测量机（Coordinate Measuring Machine,CMM）自动连续测量整张自由曲面,提高了测量效率和测量精度。最后实例验证了该方法,曲线拟合精度达到100 nm级,测量精度达到μm级,具有较强的工程应用价值。     

逆向工程中测量数据曲面重构技术研究

文中首先介绍了自由曲面的描述方式,并提出了一种对点云数据进行NURBS曲面重建的改进算法。该算法通过对目标函数的修正及迭代处理,将测点数据的有理B样条曲线拟合问题转化为一单变量的优化问题。从而容易求得控制点三维坐标、权值、各测点所对应的参数值及最优控制点的数目,进而有效地压缩测量点云数据量。该方法克服了现有方法存在的需要求解多变量的非线性优化问题,不能对最优控制点数目进行求取等缺陷。实践表明,文中提出的方法是行之有效的。     

一种基于逼近理论的曲面重构方法

从离散点列构造一条曲线出发,提出了一种可以处理散乱数据点的曲面重构方法,其主要思想是逐步逼近,即分别用平面三角形和三角Bezier曲面片逼近。详细介绍了空间点的三角划分、离散点的参数化、三角Bezier曲面片逼近以及两曲面片的拼接等算法;最后,给出了几个应用实现。     

自由曲面视觉测量标志点三维匹配方法研究

提出一种适用于自由曲面视觉测量的标志点三维匹配方法.该方法首先通过编码标志点确定局部测量区域在物体上的初始位置,获得可能匹配点集;然后根据非编码标志点与编码标志点之间的距离、角度、方向等特征,获得全局坐标系与局部坐标系之间的初始转换关系;最后根据此初始转换关系求解最终匹配点集,完成标志点的三维匹配.该方法适用于基于标志...     

数学模型已知的自由曲面数字化自适应采样

针对数学模型已知的自由曲面,依据质心概念推导出基于形状的采样算法.借助该算法不仅可产生在给定采样点总数条件下的自适应采样矩形拓扑网格,而且能确定在给定采样精度下的合理采样点数,从而实现自由曲面数字化采样的自适应规划.     

一种基于视觉的自由曲面三维测量系统

采用线结构光和单CCD摄像机构成自由曲面三维测量系统。探讨了摄像机标定、激光平面标定、被测物体点三维坐标计算及多视角测量数据融合等关键技术。在多视角测量数据融合中采用Screw理论，将坐标系关系求取中带约束的多变量非线性优化问题转化为线性方程组的最小二乘问题。简化了计算的复杂性，提高了求解过程的稳定性．进行了实验研究，给出了实验结果。     

基于激光线扫描传感器的大自由曲面测量系统

大型自由曲面的测量对于逆向工程、产品质量检测等具有重要意义.基于激光线扫描传感器与可大范围运动的工业机器人手臂,提出了一种非接触、高效率的测量方法.论述了测量系统的原理与组成结构,研究了自由曲面的数据处理技术,着重分析了系统所采用的点云拼合方法.实验结果表明:该方法能够实现较高精度的测量,对大型自由曲面的测量效果也较为理想.     

一种新型神经网络在自由曲面重构中的应用

以层次划分和模块化为思想基础,提出了一种新型神经网络模型对自由曲面进行重构,即基于径向基函数（RBF）神经网络的混合网络模型。先后运用减聚类方法、正交最小二乘法、最大似然法对网络进行有无监督的混合训练,旨在解决大样本集的简化建模和快速训练问题,提高混合网络输出精度。实验结果表明该网络模型使得曲面的拟合精度有了明显提高。     

基于逆细分的自由曲线分解与重建*

针对自由曲线的多分辨率表示,选取了双参数Chaikin细分法,基于几何逆向思想提出了相应的逆细分算法,建立了双参数可控的自由曲线渐近分解规则,通过分析双参数对曲线分解的影响,寻找出最优分解参数值,实现了自由曲线的最优分解,通过渐近分解时建立的误差向量,最终实现了自由曲线的完全重建。该算法比以往方法构造过程简单,几何意义明显,易于推广到其他细分模式上。     

Creation of user-defined freeform feature from surface models based on characteristic curves

This paper proposes a novel method for the creation of user-defined freeform feature (UDFFF) from existing surface model. The developed methodology has four major steps: selecting the region of interest (ROI), obtaining the characteristic curves from the surface model, reconstructing the ROI surface, and parameterizing the UDFFF. To quickly create UDFFF on the ROI, the representation of freeform feature based on characteristic curves is proposed. First, the characteristic curves of ROI are obtained automatically or by a small amount of human–computer interaction. In particular, user can directly and easily draw the curves on surface to satisfy the designer's requirements. Second, from the set of characteristic curves that is obtained, freeform surface is reconstructed by a suitable surface generation method, e.g., sweeping, revolving, skinning, and filling. Finally, parameterization of the freeform feature is configured, which primarily involves establishing parameters and building the mappings between feature parameters and shape data. Moreover, according to the degrees of freedom, two types of parameterization of freeform features may be described: one (low degrees of freedom) can be accurately described by the characteristic curves and the other (high degrees of freedom) can be approximated with these curves. The proposed UDFFF creation method has been tested with examples based on the surface models. Experience with our prototype system indicates that it allows untrained users to create UDFFFs from the surface models.     

Design, fabrication and measurement of ultra-precision micro-structured freeform surfaces

Due to the geometry complexity and high precision requirement, there still possess a lot of challenges in the design, manufacturing and measurement of ultra-precision micro-structured freeform surfaces (e.g. microlens array) with submicrometer form accuracy and surface finish in nanometer range. Successful manufacturing of ultra-precision micro-structured freeform surface not only relies on the high precision of machine tools, but also largely depends on comprehensive consideration of advanced optics design, modelling and optimization of the machining process, freeform surface measurement and characterization.This paper presents the theoretical basis for the establishment of an integrated platform for design, fabrication, and measurement of ultra-precision micro-structured freeform surfaces. The platform mainly consists of four key modules, which are Optics Design Module, Data Exchange Module, Machining Process Simulation and Optimization Module and Freeform Measurement and Evaluation Module. A series of experiments have been conducted to evaluate the performance of the platform and its capability is realized through a trial implementation in design, fabricating and measurement of a microlens array. The results predicted by the system are found to agree well with the experimental results. These show that the proposed integrated platform not only helps to shorten the cycle time for the development of microlens array components but also provides an important means for optimization of the surface quality in ultra-precision machining of micro-structured surfaces. With this successful development of the system, optimal machining parameters, the best cutting strategy, and optimization of the surface quality of the ultra-precision freeform surfaces can be obtained without the need for conducting time-consuming and expensive cutting tests.     

基于离散数据的自由曲面三角网格实现算法

针对自由曲面三角网格实现过程中三角网格的数目和形态等质量问题,提出一种采用最小权法直接实现三角划分的算法。分析和总结了三角形网格的优化方法,制定了具体的三维优化过程,不仅分析指出了现在主流三维划分的优点和局限性,而且结合环域网格的特点,制定了用增加点法完成的三维优化方法。提高了三角划分的速度,改善了三角单元质量,并提高了对三角单元进行修正的速度,实验结果证明了算法的有效性。     

基于逐层切削扫描测量法的实用化逆向工程

逆层切削扫描测量法是一种可获得零件内外腔数据且比较实用的测量方法．本文重点介绍了采用该法实现的逆向工程系统中特征识别、三维重构各模块的实现．特别是在特征识别过程中对于二维数字曲线的分段及重构提出了新的算法．最后指出将正向设计与逆向工程相结合是逆向工程实用化的一条新途径．     

Parameterization for reconstruction of 3D freeform objects from laser-scanned data based on a PDE method

Published online: 19 July 2001     

基于逆向Shear-Warp和边缘体素的快速重建算法

医学图像表面重建是协助医生对人体内部病变做出准确诊断的重要手段,而重建的速度直接影响医生的工作效率。为加快重建的速度,提出一种基于逆向Shear-Warp和边缘体素的快速重建算法。采取逆向Shear-Warp方法,减少了不必要的数据处理;通过在完全相反的两个方向上提取边缘体数据,得到全部的表面体素,重复利用这些体数据,而不必每次重新遍历整个数据场,提高了边缘体素的利用效率,达到了快速重建的目的。     

基于保辛算法的绳系卫星系统闭环反馈控制问题求解

应用非线性系统滚动时域控制的保辛算法求解绳系卫星系统子星释放和回收过程的闭环反馈控制问题.通过第二类Lagrange方程推导出二体绳系卫星系统的动力学方程;通过拟线性化方法将绳系卫星系统闭环反馈控制问题转化为线性非齐次Hamilton系统两端边值问题的迭代求解;通过保辛算法将线性非齐次Hamilton两端边值问题转化为线性方程组的求解;通过递进更新时间步的状态变量和控制变量,完成绳系卫星系统的闭环反馈控制.数值仿真表明:相对于Legendre伪谱方法,用保辛算法求解绳系卫星系统的闭环反馈控制问题的计算速度和收敛速度较快.绳系卫星系统的开环控制和闭环反馈控制问题数值仿真结果表明:在绳系卫星的初始状态存在偏差的情况下,使用开环控制会导致系统在终端无法达到稳定状态,而使用闭环反馈控制则能在一段时间内抵消初始状态向量偏差对系统产生的影响,最终达到稳定状态.