基于曲面细分与变形的汽车造型设计方法

基于曲面细分与变形原理,提出由设计师提供带有多个变形通道信息的初始汽车简单曲面造型,造型细节则交由用户在可全局或局部变形的曲面模型上直接调整,结合用户反馈的参数调整数据获得最终汽车造型方案的设计方法。该方法的应用过程中,用户参与了设计工作,在对汽车造型进行评价的同时进行了形态的再设计,可以有效表达用户对汽车造型风格的个人期望,也使设计师获得多个用户对汽车造型期望的直接数据。该方法操作简便,可迅速获得多个汽车造型方案,从而提高汽车造型设计效率。     

基于多约束变形的产品造型定制设计

针对现有产品造型设计系统无法达到用户个性化需求的问题,基于定制设计原理和自由变形技术,提出多约束变形的产品造型定制设计方法,可提供具有多个变形约束控制网格的产品初始造型模型,由用户直接调节各约束控制网格的变形参数,获得满足用户偏好的产品造型定制设计方案。该方法可使用户直接参与到产品造型设计的流程中,主动进行产品造型设计,能够增强用户的体验感,并获得满足用户偏好的个性化产品造型定制设计方案。     

基于用户感性认知的产品造型设计

结合感性工程学原理,利用三维模型的变形技术,提出了一种新的基于用户感性认知的产品造型设计方法,采用Virtools工具开发了产品造型设计系统原型。该系统可以由用户直接对产品的三维模型进行变形编辑,从而获得符合用户偏好的产品造型方案。该方法易于操作,最终方案能较好的反映出用户对产品的感性认知。     

自适应细分曲面算法及在快速成型

为提高快速成型制造中STL模型切片轮廓的光滑性,提出了一种基于Loop模式的自适应曲面细分算法,首先分割出网格模型中的曲面和平面,对和尖锐边相邻的曲面三角面设计了特殊的细分规则.通过三角面顶点的平坦度和容差平坦度决定三角面是否做进一步细分,以达到自适应细分的目的.该算法在保留零件模型上尖锐特征的同时,提高了模型上曲面部分的光顺性,从而可以利用模型的全局信息获得光滑的2维切片数据.     

基于边界曲线的细分曲面控制网格的生成研究

构造细分曲面的初始控制网格是利用细分曲面技术进行自由曲面造型过程中的一个重要问题。该文提出一种基于边界曲线的初始控制网格构造方法,其中包括曲线的离散化、基曲面边界回路识别以及回路内控制网格的生成等过程,以实现任意拓扑结构边界曲线的控制网格的生成。该方法在多种不同的曲线模型上进行了测试,简化了曲面造型的网格生成过程,可有效提高自由曲面的设计效率。     

面向医学假体CAD的Loop细分曲面拟合系统

为实现基于Loop细分曲面表示的医学假体CAD造型,提出了一个完整的Loop细分曲面拟合系统。输入为CT图像经三维重建并经滤噪与平滑处理所得的密集三角网格,再用QEM简化算法与提出的网格优化算法进行简化优化得到基网格,将提出的优化算法与QEM算法无缝集成,最后用顶点迭代调整细分拟合算法输出细分控制网格。该控制网格可作为后续设计与加工模块的输入,对其作若干次Loop细分后即得到逼近于原始网格的光滑细分曲面。     

基于网格分割的自适应细分曲面算法研究

细分曲面中,随着对模型细分次数的增多,模型的面片数迅速增长,巨大的数据量加大了模型后处理的难度。为此,结合网格分割技术,提出了一种自适应细分曲面算法。该算法利用控制网格每个顶点与其对应的极限位置之间的欧氏距离不同、采用K-均值算法和区域合并技术对控制网格进行分割,随后对用户指定的网格区域或不满足精度的区域进行局部自适应细分。实验结果表明,该算法在给定精度范围内,有效地以相对较少的面片数获得了理想光滑的细分曲面,且大大提高了模型的后处理速度。     

基于RFFD多通道变形的产品造型设计方法

提出由设计师提供具有多个变形通道的产品初始造型方案,具体的造型细节交由用户在可局部变形的模型上直接调整,结合用户调整的数据反馈信息,通过统计分析获得最终所需产品造型方案的设计方法。该方法应用的过程中,用户直接在进行产品评价的同时进行了造型方案的再设计,使用户表达了对产品造型的个人期望,又使设计师获得多个用户对产品造型期望的直接数据。该方法将产品造型评价环节和设计环节结合在一起,可改善设计与评价之间的沟通,从而提高产品造型设计效率。     

基于脚部三维扫描的鞋楦建模方法研究

对脚部进行三维扫描,经过网格处理,采用特征节点和特征曲线及其拓扑关系建立脚部特征模型;以脚部特征模型上的特征节点和曲线建立局部坐标系,确定鞋楦特征模板上的顶点,并完成特征模板上顶点的拓扑关系;通过2D曲线的输入,建立鞋楦侧轮廓,底面和统口轮廓曲线;最后,对鞋楦曲面做细分处理,实现了一个符合扫描脚部模型特征和定制轮廓的鞋楦造型工作。     

非均匀Doo-Sabin细分曲面的尖锐特征构造

为进一步增强细分技术的特征造型能力,从修改细分规则的角度提出非均匀Doo-Sabin细分曲面的尖锐特征构造方法。根据基于非均匀Doo-Sabin细分方法的曲线插值理论,分析推导了控制网格中特征面细分的几何规则,并对细分极限曲面在特征附近的连续性进行了分析。在节点距大于零、所有面片边数及所有顶点价均小于11的情况下,细分极限曲面具有分片G1连续性。该方法既可以表示具有各种尖锐特征的任意拓扑复杂曲面,所构造的边界、折痕可以为一般二次NURBS曲线,同时还可以借助加权细分精确构造球面、柱面等一些常用二次曲面。     

任意拓扑三角网格模型的Loop细分曲面重建系统

提出一种从任意拓扑密集的三角网格模型拟合Loop细分曲面系统，包含对原网格模型进行特征识别，把保持了原有特征的简化网格和拓扑优化所获得的网格作为拟合初始控制网格。系统通过对控制网格顶点的循环修正和局部自适应细分来求解最终拟合细分曲面控制网格，避免了求解线性方程组，提高了拟合曲面的质量，实现了在给定精度下用较少的控制网格反映物体细节特征的分片光滑（片内除奇异点C^1外其余C^2连续）的Loop细分曲面重建。实例表明，Loop细分曲面重建系统对于任意拓扑海量三角网格测量数据的细分曲面重建是高效可行的。     

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。     

面向数控粗加工的自适应细分

为获得加工余量均匀的数控粗加工模型,提出了一种基于面误差的自适应细分算法.该算法以细分后的控制网格与极限曲面之间的最小距离和粗加工余量作比较,确定均匀细分次数.将均匀细分后的网格向极限曲面投影形成覆盖网格,再以覆盖网格和极限曲面之间的距离作为自适应细分准则,对不能满足精度的区域进行自适应细分.实验结果表明,在给定的精度范围内,该算法能够大幅度抑制细分过程中网格数量的快速增长,并能获得与原始算法光顺程度基本一致的曲面,大大提高了模型的后处理速度.     

基于边界法线插值的两步法细分曲面造型

针对曲面造型中光滑边界曲线的插值要求（位置和法线），提出了两步法插值边界法线细分方法：首先按边界位置插值细分规则对控制网格进行一次迭代细分，分别计算其细分后的V点、E点、F点；然后调整边界点相邻顶点的位置来满足边界法线要求。该方法将插值边界法线先转化为邻城顶点的调整，后转变为单参数的求解问题，并通过实例验证了该方法能有效地控制细分曲面造型的边界形状。该方法对丰富细分曲面造型技术和推广其应用起到一定作用。     

细分曲面多轴精加工刀具轨迹生成算法研究

在细分曲面造型技术日益盛行的情况下,以Catmull-Clark细分曲面为例,研究了细分曲面多轴精加工刀具轨迹生成算法。采用二阶差分方法计算满足加工精度要求的细分次数,并对细分后的网格进行等距。根据等距网格各顶点的变形因子,得到变形后的网格。获得截面数据点,并逆变形至原始空间。采用面积均值方法,计算得到刀位点的位置及刀具轴线方向矢量。通过三轴加工与所研究算法四轴加工进行对比,确认所研究算法加工误差较小,更为精确。     

针对耳机定制设计的人耳甲腔曲面形态层级聚类算法研究与应用

为实现耳机大规模定制设计且满足用户使用舒适性需求的目标,提出人耳甲腔网格曲面自动重构的方法。将310个样本的耳甲腔网格曲面均重构为由795个型值点组成的NURBS曲面;进一步提出耳甲腔曲面形态层级聚类改进算法,并通过与传统分类算法结果的对比,论证改进算法的优势;其次依据分类的结果将人耳甲腔曲面形态分为29组别,从而构建针对耳机设计的耳甲腔共性特征曲面形态数据库,并通过曲面误差分析论证了数据库的可靠性;最终对耳机进行定制设计,提出基于有限元仿真分析的耳机佩戴舒适度的客观评价方法。     

基于细分曲面的三维人脸建模研究

针对传统基于参数曲面的三维人脸建模方法获得的人脸表面过于光滑,丢失了人脸表面的细节特征这一问题,提出了一种基于细分曲面的三维人脸建模方法。首先,基于Delaunay三角剖分技术对采集到的人脸三维点云进行网格剖分,得到初始人脸表面;然后,采用Loop细分算法对初始人脸三角网格进行细分,得到一张光滑细腻的细分曲面;最后,基于该细分曲面重建出逼真的三维人脸模型。实验结果表明,与传统方法相比,该方法获得的三维人脸模型不仅光滑细腻,而且还保留了人脸表面的大量细节特征。     

可调节多约束Catmull-Clark细分曲面研究

提出了一种顶点和法向约束下的细分曲面构造方法。即在约束点网格基础上,先用带形状因子的Doo-Sabin方法对其细分一次,然后采用Lagrange乘子法优化求解顶点、法向和相似性约束下的最小顶点扰动量,并根据优化结果反复调整顶点位置,最终得到满足插值条件的细分曲面控制网格。该方法无需求解全局方程组,控制网格求解效率高;而求解过程中相似性约束的增加,保证了插值曲面的质量;形状因子的引入,则起到调节位置和法向约束影响范围的作用,从而给设计者提供更多的形状表达自由度。     

基于Virtools的灯饰造型网络定制设计

结合以用户为中心及定制设计理论,提出使用Virtools平台,开发适用于网络的灯饰造型定制系统的技术方法,该方法有效解决了用户在网络浏览时进行灯饰产品的形态与色彩方面定制的问题,可大幅度提高用户参与度,获得个性化的定制的灯饰产品。     

计算空间点到细分曲面有符号最近距离的方法

针对在海量细分曲面数据中计算空间点到细分曲面有符号最近距离效率较低的问题,创建一个新的细分曲面数据结构,实现细分曲面的分片表示,进而采用分治策略控制计算规模.利用细分曲面面片网格拓扑结构特性,结合多分辨率采样技术,以空间点和细分曲面极限网格顶点的最近距离作为择优指标,在细分曲面面片中搜索距离空间点最近的顶点.以最近顶点的位置和法向建立参数直线方程,以此为基础,进行最近距离的误差分析和符号判断.结合局部细分技术,提高最近距离的计算精度.基于Catmull-Clark细分模式,通过实例验证了算法的可行性和有效性.与常规方法相比,该算法计算效率高、精度可控,算法原理适用于多种细分模式.