三角网格模型的特征保持混合折叠简化

在增材制造、逆向工程等领域,广泛存在包含大量甚至海量数据的三角网格模型。为便于存储并提高处理效率,经常需要进行网格模型简化。但在网格简化过程中存在特征保持、简化率和简化效率冲突的问题,为更好地平衡简化结果和简化效率,提出了特征保持的混合折叠算法。在基于曲度精确计算新顶点、最大距离高效计算折叠代价的基础上,对边界特征区域和非边界特征区域采用边折叠方式进行保特征简化,对非特征区域则采用三角形折叠方法进行高效简化,最后通过偏差和网格正则度对简化结果作出误差评价。算法实例表明:混合折叠算法的模型细节特征保持较好,简化前后变形较小且效率适中。     

一种保持特征的网格简化算法

针对网格简化算法中出现的细节特征丢失、简化结果过于均匀以及计算复杂等问题,从原始模型的几何特征出发,对待折叠三角形与其邻域内三角形的形状与位置关系进行研究,对三角形折叠点到其三个顶点的偏离程度进行总结,提出了一种基于三角形折叠的保持模型特征的网格简化算法。该方法根据目标三角形各顶点邻域三角形的不同,为其3个顶点分配相应的权值,由各顶点权值的大小最终确定三角形折叠点坐标,然后以二次误差测度为度量标准计算出每个三角形的折叠代价,再结合三角形局部面积比、局部区域不平度以更好地控制简化结果。实验结果表明:该方法能够降低计算的复杂度、提高简化速度,使模型的特征区域和非特征区域均保持一定的简化率,并较好地保持了原始模型的细节特征。     

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。     

保持特征的高质量三角网格简化方法

为解决三维几何模型的庞大数据量给存储、传输等带来的困难,提出一种保持特征的高质量三角网格简化方法。通过顶点投影确定模型中各三角形的折叠点,根据折叠点计算各三角形折叠时产生的误差,按照误差值的大小对模型进行三角形折叠简化。实验结果表明,该网格简化方法在生成高质量简化模型的同时降低了简化模型的误差,并有效地保持了原始模型的几何特征。     

基于遗传算法的三角网格折叠简化

针对处理大数据量的三角网格模型会给计算机带来较大压力的问题,本文提出了一种基于遗传算法的三角形折叠简化方法。先求取三角形重心,用重心的三个坐标值与初始化的三个步长进行计算,得到新点坐标,重复多次得到顶点种群,利用遗传算法求取适应度值最小点,修正后得到最优折叠点,最后依照简化误差对三角形排序并根据输入的简化比进行折叠简化。本文方法的适应度函数采用简化误差和三角形规范化系数之商。采用本文方法对花朵和瓶子的三角网格模型进行简化,体积变化率分别为0.010 6%和0.2%,规范化系数分别提高了11.0%和4.56%,优于其他方法。实验结果表明本文方法在有效简化模型的同时,既能保形又能提升三角形的质量。     

基于区域曲率特性的网格模型简化算法

对目前网格模型简化中的特征保护问题,提出了一种基于区域曲率特性的网格模型简化算法。利用混合过渡特征提取算法提取模型特征并进行区域分割,获得模型的特征区域与非特征区域,然后根据区域曲率值大小及面片数量进行简化量调整分配。研究了基于面积权值的QEM简化算法,并对各个区域进行独立简化,以实现不同网格区域简化过程的优化。通过实例验证比较,所提出的基于区域曲率特性的简化算法比整体简化算法和线性比例分配简化算法具有更优的简化效果和精度。     

基于区域曲率特性的网格模型简化算法

对目前网格模型简化中的特征保护问题,提出了一种基于区域曲率特性的网格模型简化算法。利用混合过渡特征提取算法提取模型特征并进行区域分割,获得模型的特征区域与非特征区域,然后根据区域曲率值大小及面片数量进行简化量调整分配。研究了基于面积权值的QEM简化算法,并对各个区域进行独立简化,以实现不同网格区域简化过程的优化。通过实例验证比较,所提出的基于区域曲率特性的简化算法比整体简化算法和线性比例分配简化算法具有更优的简化效果和精度。     

基于内角余弦和的三角形正则度评定与网格优化

三角网格模型的质量对有限元分析等工程应用具有重要影响,而三角形的正则度是决定网格质量的主要因素。本文系统提出了基于内角余弦和的三角形正则度评定理论,并应用于三角网格优化中,通过对正则度低的三角形进行边折叠与边交换操作,有效去除了网格中的狭长三角形而使网格质量得以提高。结果证明本算法简捷高效,具有较高实用价值。     

面向工业机器人虚拟展示的三维模型简化技术

针对工业机器人等重要机械装备的模型结构复杂、三维网格模型数据量较大且在导出时容易存在破面的问题,提出了一种基于经典边折叠法的改进网格简化算法。引入修正网格的环节,在一定程度上保证了简化效率和提高了简化精度,解决了模型中存在的冗余点及冗余边问题。同时,考虑到工业机器人三维模型在纹理映射中的复杂度和计算量,采用逐步简化的方式进行模型简化。该简化算法根据给定的简化率迭代,进而生成多分辨率层次结构模型。通过实验验证,该方法能够实现三维模型的简化和优化,在真实表达虚拟展示模型的基础上,实现了三维模型优化的完整性。为之后虚拟展示系统中的光照、贴图和人机交互方面提供了精确模型信息。     

基于二面角的三角网格简化算法

逆向工程建模自动化技术的发展,提高了对网格简化质量的要求.为了在大规模简化时保持模型的重要几何特征,在Garland二次误差测度算法基础上,提出二面角的三角网格简化算法,编写了实现算法的Matlab程序.通过实例与Garland算法进行比较,结果表明基于二面角的三角网格简化算法很好地保留了模型的几何特征,提高了网格简化质量,能满足自动化建模的要求.     

反求工程中三角网格模型简化若干方法的研究

几何造型领域中，更多的使用三角网格来描述三维形体，为了保证形体的真实感和层次感，往往需要高度复杂、高度细节化的三维网格模型。然而，计算机存储、计算和处理网格模型的代价往往与三角形的数量成正比。研究发现，不同的应用目的对网格模型细节精度的要求是不同，并不是所有的应用都需要高度细节化的网格模型。因此，如何有效的对网格模型进行简化的研究便应运而生。     

面向快速原型制造的数据模型简化处理

随着坐标测量设备的发展,获取海量包含被测物体更多细节的数据已非常方便,但复杂且冗余的数据模型既对计算机的存储容量、处理速度、绘制速度以及传输效率等提出很高的要求,又在一定程度上影响制造企业响应市场的快速性。研究快速原型制造的数据模型简化处理,首先,依据网格简化的特点,提出一种快速重建STL拓扑信息的新算法;然后,在总结现有三角形折叠简化算法简化过程的基础上,提出一种改进的基于三角形折叠的网格简化算法;最后,通过自行开发的数据模型简化处理系统实现该算法,并例举示例进行验证。实验结果表明,所提出的简化算法能够很好地简化光滑平坦区域,同时对曲率变化较大的局部区域简化效果也比较明显。     

基于三角形细分的三角网格模型表面体素化算法

针对现有三角网格模型表面体素化算法效率低的问题,提出一种基于三角形细分的三角网格模型表面体素化算法。该算法采用三角形细分方式获取大量顶点信息,采用面积阈值控制顶点的生成数量,并采用点的向量平移方式减少求解顶点坐标的计算量。通过建立顶点信息与三角形相交体素单元的一一对应关系实现三角网格模型的表面体素化。通过与现有2种算法在不同分辨率下的多种模型实验对比,表明该算法所需的采样点数量少于现有算法,在模型表面体素化效率方面优于现有算法。此外,所提算法也适用于亏格不为0和存在封闭内腔的三角网格模型。     

面向三维打印的几何模型内部空间优化算法

为保证三维打印产品质量并降低材料消耗,提出一种三维打印模型内部空间优化算法。该算法在封闭的三角网格模型内部生成偏置网格,并在确定的约束条件下将偏置网格简化为三角面片大小较为均等的简化网格;以简化网格模型的内部为限定空间,构建相应的密度场和能量函数,进而利用基于质心Voronoi结构的优化方法生成类三角锥网架结构;合并原始网格、简化前的偏置网格以及网架结构生成适用于三维打印的合成模型。实验结果表明,由所提算法生成的合成模型的内部空间在体积、质量和易打印性方面有比较优势。     

反求工程中复杂多面体模型的网格简化算法

提出一种新的基于顶点删除准则的多面体模型简化算法.该算法使用局部几何和拓扑特征移去满足简化标准的顶点,并对移去顶点后产生的空洞进行剖分区域划分,进而分别进行局部三角化.算法实现简单、速度快,能够有效处理高斯曲率近于零而平均曲率较大的网格,解决了以往一些算法对此根本不能进行简化的问题.实验表明,该算法可以简化具有复杂拓扑结构的网格模型,适用于在反求工程中获得的以重构精度为主要目标的多面体模型的简化.     

网络环境下工程分析可视化数据简化与压缩

首先针对工程分析数据的特点提出了适用于工程分析可视化的网格简化算法。该方法将实体网格转化成面网格,消除网格的内部面,并在基于边折叠思想的网格简化算法中引入误差准则、特征准则和权重准则控制合并点的选择过程,提高了简化结果的精度。其次,讨论了基于索引表的数据场的压缩方法。该方法可以利用权函数控制数据场的压缩精度。结果表明,所提出的方法可以有效地减小网络环境下工程分析数据的传输量。     

局部求精算法中的纹理动态拼装

模型的简化有时会导致用户所关注的模型细节的丢失。为了保持这些重要的细节,使用了局部求精的方法,在模型简化后,有选择性地恢复用户所关注区域的细节,并实现了在局域求精时对网格模型的动态修改。若模型附有纹理信息,则对简化模型重新映射其纹理,以实现纹理的优化。首先对模型进行分割从而形成一系列网格片,将它们参数化到纹理空间后使用了正方形贪心排列算法进行重排,得到排列更加紧凑、高效的纹理图。研究结果表明,该算法实现了对简化模型纹理的重新映射。     

面向3D打印的三角网格模型高质量细分

为了提高3D打印中三角网格模型的精度和光滑度,提出一种基于局部曲面逼近的特征保持的三角网格模型细分算法。首先计算三角网格模型中每个顶点的高斯曲率,以高斯曲率为权值计算每个三角形中的新增细分点;然后对新增点的邻域进行特征保持的多元L_1中值曲面表示并得到新增点在该曲面表示中的空间位置;最后将新增点移至该位置处,从而完成模型高质量的细分处理。该算法有效提高了原始三角网格模型精度和光滑度的同时,还有效保持了原始的几何特征。实验结果表明了算法的有效性。     

形状约束的样本填充式三维模型修复

为解决不完整三维模型修复过程中孔洞形状不规则、现有方法曲面配准精度不高的问题,提出一种能够有效保持孔洞边界过渡自然并恢复模型表面细节特征的模型修复方法。首先,追踪所有1-邻域边和1-邻域三角形数量不相等的点来探测模型的孔洞边界。设计一种基于二维网格数量的算法确定不完整模型的匹配候选集,同时根据双稀疏表示的三角网格顶点位置误差、边平滑误差和正交约束来预测最优匹配模型;然后,结合边界顶点的曲率、边界轮廓线折角的余弦值及相邻边界点的线段长度构造能有效表达不完整模型与碎块模型之间对齐关系的特征点描述子;最后,使用二阶伞算子来平滑模型的修补边界。实验结果表明,模型修复时间节省19%~26%,模型修复误差平均下降35%。该方法打破了当前模型修复方法中修复裂缝大且难以实现模型表面细节的局限性,可快速有效地实现破损模型的修复。     

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。