密集散乱数据三角划分及数据压缩

介绍了Delaunay三角划分方法，运用一种算法对密集散乱数据进行三角划分，并在给定容差条件下对其进行成批压缩。由点云数据中最大、最小的六个点构成初始八面体，将数据分割为八个星角形区域上的凸包数据，在每个凸包数据中，搜寻到其对应的三角形的垂直距离最大的点，如果距离大于给定的容差，则将该点插入并局部优化三角网格。反之则将该点压缩掉。最后给出的实例证明了该算法的有效性和效率。     

反求工程中基于边界扩展的三角网格构造

针对非接触式方式测量的大规模散乱点云数据建模，提出一种三角剖分算法，该算法适用于多张自由曲面片构成的曲面物体，尤其适用于含内孔的曲面对象。算法过程包括两个阶段：第一阶段，采用一种空间栅格装点法来进行初始点云数据精简，精简比率通过栅格小正方体单元尺寸控制；第二阶段，构造种子三角形，通过连接已剖分网格区域的边界边与最优扩展点采形成三角网格，从而向外延展，也可以时一个带有内孔的复杂自由曲面直接进行三角剖分，无需人工分区。实验结果表明该算法可以快速、有效地从三维数据点云建立几何模型。     

离散数据点集的3D三角划分算法研究

在实物测量造型过程中,根据离散点集进行三角网格划分是其关键环节之一,也是进行后续进行曲面重构的前提和基础。本文在当前的三角网格划分方法比较之后,提出了一种散乱点集的三角网生长算法,该算法无须对离散点集所对应的自由曲面进行分片投影,直接在3D空间从已划分区域边界到未划分区域按照Delaunay准则生成三角网格,并给出了用此算法处理散乱数据的试验结果。     

三维封闭三角网格模型的缺失实体孔洞修复算法

提出一种针对三维封闭三角网格模型的缺失实体孔洞修复算法,由初始导引点出发,根据几何特征搜索孔洞边界,并以水平集方法扩展边界,获取目标问题区域。基于边界采样和投影方法建立代理曲面,实现了内环三角化细分和三维网格表面的自由变形。通过合并环间区域和引入边缘约束的平滑过程,得到缺失实体孔洞的上缝合面。在此基础上向内扩展,获取孔洞下表面边界轮廓,搜索出上下边界环之间的三角网格区域,并利用同样的方法构建缺失实体孔洞的下缝合面。最终,连接上下缝合面以及两个边界轮廓环之间的三角网格区域得到修复实体。试验制作的样件表明,算法能简化人工交互设计的步骤,生成高质量的修补结果。     

三维扫描点云优化网格重建与软件系统实现

物体经过三维扫描后获得大量的散乱点数据,为了能快速、准确的重建出网格曲面,提出了一种空间三角网格螺旋增长重建的算法。该算法首先利用包围球法对散乱点云进行优化,然后根据极坐标法确定螺旋增长的初始三角形,通过对生长的三角形最长边、最小内角和具有公共边的三角形所在面的二面角进行限制和对相应的新的网格边界点进行加锁和解锁操作,不断的寻找最佳扩展点,直到无可用的扩展点为止,最后再对有缝隙的网格边界进行缝合,完成三维扫描点云优化网格重建。     

散乱数据点三角网格综合优化及分析

研究了在散乱数据点的三角网格划分后，对三角网格进行三角形形状和网格空间形状综合优化的方法，并结合应用实例进行优化效果分析。分析结果表明，通过对这种综合优化方法可同时获得三角形形状和网格空间形状都很好的网格拓扑结构。     

微细对接焊缝初始点定位方法

为了解决焊接机器人对薄板微细焊缝的自动定位和焊接问题,研究了一种基于视觉的高精度微细对接焊缝初始点定位方法。提出一种局部范围内两步精确定位方法,第一步,获取工件在不同尺度及旋转角度下的图像,建立典型的模板匹配库,利用模板匹配方法提取出焊缝初始点位置区域;第二步,采用Shi-Tomasi算法在此局部范围内进行角点检测,计算亚像素级角点位置并进行初始点精确定位。通过对现场拍摄的50幅不同高度和旋转角度的图像进行初始点检测,实现了对所有图像的准确检测。实验结果表明,两步定位方法鲁棒性强,可以精确定位出规则边界和不规则边界焊缝的初始点,解决了微细对接焊缝初始点定位问题,达到了期望结果。     

复杂曲面点云非均匀简化技术研究

复杂曲面点云简化时,通常存在特征点丢失问题;提出按照点云曲率云图自动划分特征区域实现非均匀简化。首先建立散乱点云拓扑关系,计算点云曲率,生成彩色曲率云图,之后划分特征区域边界。精简率随着曲率的减小而增大,在复杂细节特征点区域,点云密度大;在简单平坦区域,点云被大量简化,点云密度小。实验表明,精简率达76%,在精简率相同的情况下,该方法能有效避免局部细节特征丢失,对于复杂曲面点云简化有较好的效果。     

一种新的网格曲面上的特征线提取方法

提出一种新的三角网格模型的特征线提取方法。首先交互地选取几个初始特征点,利用追踪投影法确定初始特征线;对初始特征线进行均匀采样,找出采样点n环邻域内平均曲率最大的点作为新的特征点;利用这些新的特征点拟合B样条曲线;将B样条曲线投影在三角网格曲面上。实验结果表明,利用该方法获得的特征线比较光滑而且逼近特征。     

结合平面投影与区域生长的点云表面重建

为提高点云曲面重建的精度和效率,提出了一种将平面投影与区域生长相结合的散乱点云曲面重建方法。从散乱点云中选取局部点集,对其离散度进行判断,将较平滑的符合离散度要求的点集投影到二维平面并进行三角剖分,将三角剖分后点之间的拓扑连接关系映射回三维空间,实现该部分点云的表面重建,对剩余的散乱点用改进的区域生长法重建表面。实验结果表明,该算法能够重建出结构形态正确、保留物体细节信息的三维模型,降低曲面重建复杂度并提高其精确度。     

基于断层序列图象的三角域拓扑模型快速剖分算法研究

介绍了一种对三角域拓扑模型进行任意截面快速剖分的算法:在断层序列图象的三维重建过程中,划分并规整三角面片,然后以空间立方体序列的形式进行组织,得到具有清晰毗邻关系和索引结构的表面模型。在以任意角度截面剖分模型时,根据空间立方体的索引关系快速检索被切割到的三角面片,依次进行剖切处理,最终得到三维模型的任意剖面轮廓线。该算法在实际中得到应用,效果良好。     

DELAUNAY-BASED SURFACE RECONSTRUCTION ALGORITHM IN REVERSE ENGINEERING

Triangulation of scattered points is the first important section during reverse engineering. New concepts of dynamic circle and closed point are put forward based on current basic method. These new concepts can narrow the extent which triangulation process should seek through and optimize the triangles during producing them. Updating the searching edges dynamically controls progress of triangulation. Intersection judgment between new triangle and produced triangles is changed into intersection judgment between new triangle and searching edges. Examples illustrate superiorities of this new algorithm     

广义相容三角网格及其优化

研究了在散乱数据点集的 3 D三角网格划分中 ,一种虽有三角片相互交叠 ,却可通过优化得到相容网格的情况 ,这种网格可称为广义相容三角网格。文中详细讨论了广义相容三角网格的特点及优化算法 ,并给出应用实例     

一种新的空间离散点集的直接三角剖分方法

针对映射法无法保证在平面中所谓“优”的三角剖分所对应的空间形状也满足要求的缺点,文中提出了一种对空间离散点集进行直接三角剖分的新方法——在形成了初始三角形后,利用生长法,循环扩展三角形各边,直至所有三角形扩展完毕。在算法实现上,提出了利用三角形法向量夹角、阈值距离以及最小内角几个参数,对三角形的生长进行约束,从而使最优点的搜索范围大大降低,提高了三角形扩展的准确性,保证了三角网格的质量。实验证明,该方法适应性广并具有准确、高效的特点。     

GENERATE TRIANGUUTED SURFACES FROM MASSIVE UNORGANIZED POINTS

A region-growing method for reconstructing triangulated surfaces from massive unorganized points is presented. To save memory space, a ring data-structure is adopted to build connections between points and triangulated surfaces. The data-structure allows the efficient retrieval of all neighboring vertices and triangles of a given vertice. To narrow the search range of adjacent points and avoid mangle intersection, an influence area is defined for each active-edge. In the region-growing process of triangulated surfaces, a minimum-edge-angle-product algorithm is put forward to select an appropriate point to form a new triangle for an active edge. Results indicate that the presented method has high efficiency and needs less memory space, optimized triangulated surfaces with reliable topological quality can be obtained after triangulation.     

基于Delaunay三角剖分的多相流射线层析成像

为提高多相流CT系统重建图像质量,提出基于Delaunay三角剖分的射线层析成像方法.根据模型构造点集,对管道截面进行多尺度Delaunay三角剖分,根据三角形重心在探测阵列上的投影到其最近探测阵列元的归一化距离,确定各剖分单元的投影系数,并采用不同的重建算法进行图像重建.仿真与实验结果表明,该方法可利用少量投影数据重建图像,改善了工业多相流检测中投影数据不完整造成的图像失真;与均匀剖分相比,多尺度剖分明显改进了图像精度和实时性.     

基于区域Voronoi图的复杂形体的三维重建算法

针对目前由二维轮廓线重建三维实体的方法要求轮廓线间距小、形状相似,对轮廓分叉及孔洞的解决有诸多限制且计算量大费时等问题,提出了Delaunay三角剖分与体素重建的思想相融合的方法。首先将断层图像轮廓近似表示成平面多边形,并利用Voronoi图进行划分,然后对其进行三角剖分。最后通过最短路径把这些三角形连接到相邻断层轮廓线的顶点上,扩展成四面体,从而直接完成三维重建。试验结果表明,该方法能较好地解决轮廓的分叉、孔洞等问题,且减少了数据量。     

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.     

基于STL文件的实体分割算法研究

由于快速成型机加工尺寸的限制,难于制造尺寸较大的零件。针对这一问题本文提出一种基于STL文件格 式的实体分割算法,对STL文件分割过程中的关键问题进行了详细地论述,包括:截面轮廓的生成,截交三角面片的 处理和截面轮廓的三角化算法;通过对STL文件的分割处理,提高了快速成型系统对大尺寸零件的制造能力。