IGES边界模型转换中的参数域重构与修正算法

针对IGES边界表示模型中可能缺少参数域信息的情况,在总结常见曲面上曲线参数域反求方法的基础上,通过分析可能出现特殊母线边计算错误和缺少退化边的问题,提出一套从三维空间曲线到二维参数域曲线的修正算法.该算法中,对只有一条边的环,仅需处理缺少退化边的错误;对多于一条边的环,通过判断相邻环边中参数域端点处离散线的几何位置关系,分2步分别修正特殊母线边的计算错误和添加退化边;同时以NURBS曲面为例,重点讨论了基于三维空间信息的参数域歧义情况判定及处理算法.在TiGems7.0系统中的实验结果表明,该算法不依赖于求交运算中造成的数值误差,具有较好的鲁棒性,能够实现IGES的边界表示格式在SolidWorks,Pro/E等系统中的数据交换功能.     

基于曲率圆的平面参数曲线求交算法

主要讨论了平面参数曲线求交的迭代算法,提出了迭代过程中迭代可信度的概念,并给出了计算方法.在此基础上,改进了MAF求交算法,给出了曲率圆迭代算法,即使用二次曲线对参数曲线的局部形状进行近似,进行迭代交点和迭代步长的计算.     

具有多种优点的三角多项式曲线曲面

为了将形状可调性、高阶连续性、自动插值性,以及可以精确表示圆锥曲线曲面等性质融入到一种曲线曲面模型中,构造了一组带2个参数的5次三角多项式调配函数,分析了该调配函数的性质.基于该函数组,分别采用与3次B样条曲线、曲面相同的定义方式,定义了基于4点分段的曲线,并且基于16点分片的曲面,给出了曲线、曲面的性质.曲线、曲面的分段、分片组合结构决定了它们具有B样条方法的局部性.讨论了参数取值的改变对曲线形状的影响;证明了在取特殊参数时曲线可以达到G5或G7的高阶连续性,而且在具有G5连续性时仍然具有形状可调性;通过将2个参数中的一个取为特殊值,即可使曲线、曲面自动插值给定点列、网格点,这种方式不需要反求控制顶点,且插值曲线、曲面中依然存在调整形状的自由度;分别给出了曲线、曲面精确表示椭圆、椭球面的条件.数值实例结果显示了所给曲线曲面表示方法的正确性和有效性.     

拟三次三角样条插值曲线与曲面

在构造插值曲线与曲面时,传统的方法多基于多项式函数空间,而基于三角函数空间也能构造插值曲线与曲面.首先基于函数空间Ω =span{1,sint,cost,sin2t,cos2t}构造了一种样条插值曲线与曲面,称之为拟三次三角样条插值曲线与曲面.该曲线与曲面不仅满足C2连续,而且直接插值于给定的控制顶点,避免了通过方程组反求控制顶点.进一步地,为了使所构造的拟三角样条插值曲线与曲面具有局部可调性,利用奇异混合技术在拟三次三角样条插值曲线与曲面中引入了局部形状参数,修改某些形状参数的取值可实现对插值曲线与曲面的局部调整,为样条插值曲线与曲面的构造提供了两种新方法.     

参数曲面上的插值与混合

如何表示曲面上的曲线,在处理诸如数控加工中的路径设计以及CAD/CAM等领域频繁出现的曲面裁剪问题时显得日益重要.给出了数据点的切方向(切方向及曲率向量或测地曲率值)指定而G¹连续(G²连续)插值曲面上任意点列的方法.作为曲面上曲线插值问题的特例,还讨论了曲面上曲线的混合问题.基本思想是借助于微分几何的有关结论,曲面上曲线的插值问题被转化为其参数平面上类似的曲线插值问题.该方法能够用二维隐式方程来表示曲面上的插值曲线,从而把在显示该曲线时所面对的曲面求交的几何问题转化为计算隐式曲线的代数问题.实验证明该方法是可行的,而且适用于CAD/CAM及计算机图形学等领域.     

Pro/Engineer在逆向工程曲面造型上的应用

介绍了在逆向工程曲面建模过程中,使用美国PTC公司的Pro/Engineer三维造型软件,处理由三坐标测量机所测得的大量点数据,建立符合工程要求的曲面的方法.着重阐述了由大量数据点进行不规则曲线、曲面反求的完整技术.探讨了在Pro/Engineer环境下,直接从三坐标测量机产生的数据文档生成合乎工程要求的三维曲线,进而生成三维曲面的方法.通过对实验测量的涡轮表面数据的处理,在Pro/Engineer中建立了符合工程要求的涡轮曲面,从而证实了本方法的确实可行性.     

用重新参数化技术改进有理参数曲线曲面的导矢界

为了改进有理参数曲线曲面的导矢界,利用一类特定分式线性参数变换对有理参数曲线曲面重新参数化.基于导矢界的大小由权因子之间的比值所决定的特点,分别给出2种权因子优化方法:一是以最大权因子和最小权因子之间的比值最小化为目标函数的线性规划解法;二是以对数化后的权因子的方差最小化为目标函数的显式解法.数值实验结果表明,文中方法比已有方法能得到更紧的导矢界,从而进一步提高了曲线曲面绘制和求交的效率.     

多裁剪自由曲面生成有限元网格的实现

论述了多裁剪自由曲面生成有限元曲面网格的几个关键技术.采用了推进波前法生成曲面网格,给出了核心算法;在曲面算法中运用了介于参数法与直接法之间的新方法.针对求解曲面上最优点的参数域反算问题,引入了切矢逆求方法,可使迭代次数大为降低.测试表明,该算法快速、稳定.对大型的多裁剪自由曲面生成的曲面有限元网格,可直接用于有限元计算.     

均匀T-B样条曲线的研究

在对均匀T-B样条基函数及其曲线端点特性分析的基础上提出了n次均匀T-B样条基函数的表达式,通过重新参数化使其参数区间范围规范为[0,1]。给出了均匀T-B样条曲线的升阶公式、控制点反求公式以及均匀T-B样条曲线与T-Bézier曲线间G1/C1拼接的条件,所得结论具有明确造型意义,能较好地应用于曲线曲面造型系统中。     

机器人工作空间的数值计算

本文给出了计算任意结构形式任意自由度单链机器人工作空间的数值方法。这种方法把计算机器人工作空间的极限距离、边界曲线和边界曲面问题转化为求满足一定约束条件下的极值问题。通过选用不同的目标函数和约束条件就可以求出机器人工作空间边界曲面上的一系列特征点,把这些点连成线或面就构成了机器人的工作范围.根据上述讨论本文编制了计算机器人工作空间的程序软件 WZ,只要输入机器人的结构参数和各自由度的运动范围就可以求出机器人工作空间边界曲面上的若干点,并用绘图机绘出边界曲线。     

运用逆向工程方法与OpenGL创建三维曲面

目前大多数应用逆向工程创建三维曲面的方法能够取得较令人满意的结果,但却过多依赖标准化软件.文中改进了基于垂距依此递推的自由曲面自适应数据采样算法,给出了应用该算法对复杂曲面进行重建的方法.自由曲面自适应数据采样时,先运用逆向工程测量方法,得到曲面的截面数据点值,然后用非均匀三次样条插值曲线拟合出截面轮廓曲线;自适应采样后,由曲线数据点重新利用最小二乘法计算型值控制点.对这些型值控制点进行网格化处理后由U、V两方向利用Opengl中Nurbs曲面生成方法构造出三维曲面.结果表明运用该方法曲面更改更灵活、曲面连接光滑.     

Determining interference between pairs of solids defined constructively in computer animation

This paper presents theory and implementation of a method for detecting interference between a pair of solid objects. Often at times, when performing simulations, two solids may unwittingly interpenetrate each other. The two components of the system presented in this paper are: (1) a surface representation method to model solid objects; and (2) a method for detecting interference. Body representation of a solid in this system is based upon enveloping each solid with surfaces (called positive entities). Most computer aided design (CAD) systems use solid modeling techniques to represent solid objects. Since most solid models use Boolean operations to model complex objects, a method is presented to envelop complex objects with parametric surfaces. A method for tracing intersection curves between two surfaces is also presented. Discontinuities on surfaces are defined as negative entitics in order to extend the method to complex solids. Determining interference is based upon a numerical algorithm for computing points of intersection between boundary curves and parametrized entities. The existence of segments of these curves inside the boundary of positive and negative entities is established by computing the circulation of a function around the boundary curve. Interference between two solids is then detected. No limitations are imposed on the convexity or simplicity of the boundary curves treated.     

基于双参数的几何细分法

提出一种基于两个参数的几何细分方法。首先,借助于标准型的二次有理Bézier 曲 线公式,以相邻的两个初始控制点及其切向量所在直线的交点作为该二次有理Bézier 曲线的控制 顶点;同时,选取分点参数值t  0.5,并以该曲线的权因子作为控制顶点的参数λ,计算新增控 制顶点。其次,定义每个顶点的临时切向量,以每点及其相邻两点确定该点的圆切向;引入切向 量的控制参数,从而确定该顶点新切向量的计算公式。然后,从理论上证明了该方法的保凸性 与收敛性。取定切向量参数=0,重新定义每步的权因子参数λ,其极限曲线是C1连续的分段二 次有理Bézier 曲线;令=1,在每一步骤中采用不同的权因子参数λ 求新增点,具有保圆性。最 后,通过一些实例说明了该方法的有效性。     

曲线曲面拟合中型值点参数的最优化

曲线、曲面光顺拟合的关键是寻找与型值点相应的最优参数,然后即可按最小二乘法通过建立最佳拟合方程来求出控制顶点.现有的各种参数选取法,由于没有体现最优参数的几何特征,从而使得最终的拟合精度偏低和计算的时间复杂性偏大.为了提高曲线、曲面拟合精度和计算速度,提出了一种型值点参数最优化的算法,该算法先利用点到曲线、曲面的正交投影,结合参数坐标邻域的搜索来提高计算速度,然后在曲线、曲面的迭代过程中不断修正参数,最终产生具有明显几何意义的型值点参数,以达到最佳拟合效果.与Hoschek,Carlos以及Piegl等算法的拟合结果比较表明,该算法迭代次数减少了10%～90%,计算时间复杂度降低了20%～70%,计算精确度提高了40%左右.     

Fairing of Parametric Cubic B-spline Curves and Bicubic B-spline Surfaces

ＦａｉｒｉｎｇｏｆＰａｒａｍｅｔｒｉｃＣｕｂｉｃＢｓｐｌｉｎｅＣｕｒｖｅｓａｎｄＢｉｃｕｂｉｃＢｓｐｌｉｎｅＳｕｒｆａｃｅｓＭｕＧｕｏｗａｎｇ，ＺｈｕＸｉｎｘｉｏｎｇ，ＬｅｉＹｉａｎｄＴｕＨｏｕｊｉｅＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉ...     

多形状参数的指数均匀B样条曲线曲面

论文构造了一类带多个形状参数的指数均匀B 样条曲线曲面,它保持了 指数均匀B 样条曲线曲面的主要性质（如连续性、凸包性等）。此类曲线在不改变控制顶点 的情况下,通过改变其形状参数的取值,可以生成多条逼近于控制多边形的曲线,进而实现 对曲线的整体或局部调控。此外,它还可以精确表示双曲线、悬链线等超越曲线。此类曲面 是通过张量积的方法生成的,所以具有与曲线类似的性质。论文结尾给出了大量数值实例。     

高精度三次参数样条曲线的构造

构造参数样条曲线的关键是选取节点，该文讨论了GC^2三次参数样条曲线需满足的连续性方程，提出了构造GC^2三次参数样条曲线的新方法，在讨论了平面有序五点确定一组三次多项式函数曲线，平面有序六点唯一确定一条三次多项式函数曲线的基础上，提出了计算相邻两区间上的节点的算法，构造的插值曲线具有三次多项式函数精,该文还以实例对新方法与其它方法构造的插值曲线的精度进行了比较。     

Research on 3D medial axis transform via the saddle point programming method

The present paper investigates the 3D medial axis transform of objects bounded by freeform surfaces via the saddle point programming method, a mathematical programming approach used to identify the saddle points of a function. After exploring the local geometry and saddle point property of 3D medial axis transform, the mathematical programming method is employed to construct the saddle point programming models. Based on the optimality conditions that the optimal solutions should satisfy, a generic algorithm for computing various medial axis points is developed. In order to identify the junction points and localize the problem, the boundary and the skeletal curves are divided into skeletal segments, and it is proved to be efficient and accurate by numerical examples.     

Computing medial axes of generic 3D regions bounded by B-spline surfaces

A new approach is presented for computing the interior medial axes of generic regions in R³ bounded by C⁽⁴⁾-smooth parametric B-spline surfaces. The generic structure of the 3D medial axis is a set of smooth surfaces along with a singular set consisting of edge curves, branch curves, fin points and six junction points. In this work, the medial axis singular set is first computed directly from the B-spline representation using a collection of robust higher order techniques. Medial axis surfaces are computed as a time trace of the evolving self-intersection set of the boundary under the the eikonal (grassfire) flow, where the bounding surfaces are dynamically offset along the inward normal direction. The eikonal flow results in special transition points that create, modify or annihilate evolving curve fronts of the (self-) intersection set. The transition points are explicitly identified using the B-spline representation. Evolution of the (self-) intersection set is computed by adapting a method for tracking intersection curves of two different surfaces deforming over generalized offset vector fields. The proposed algorithm accurately computes connected surfaces of the medial axis as well its singular set. This presents a complete solution along with accurate topological structure.     

Finding Starting Points for Tracing Surface Intersections

1 Introduction Finding out proper starting points for all the intersection curves between two surfaces is a key process in numerical tracing methods for surface-surface intersection (SSI) problems. A number of methods [1] are introduced to calculate the starting points. Cugini et al. [2] introduced the concept of shrinking bounding boxes to calculate starting points. This method is simple and in some cases effective, but it may miss some intersection components. Muellenheim [3] presented an…