散乱数据点的快速三角剖分算法

提出了一种改进的波前扩展算法,该算法给出的候选点判断准则,可对数据点的K近邻进行快速过滤,并有效避免了单元自相交;建立的匹配点查找和优化准则,可生成局部优化的三角形网格单元;依据四种不同的查询结果,制定了相应的波前环更新和数据点标记方法.将波前扩展算法应用于具有复杂特征的散乱数据点的三角剖分中,结果表明,该算法可快速生成高质量的三角网格模型.     

一种空间曲面上散乱数据的快速三角剖分新算法

在现有三角剖分方法研究的基础上,提出了一种空间曲面上点云数据的快速三角剖分新算法。以区域生长法为主导,通过表面法向量向外原则提出了一种种子三角形选取与构造的新方法,改进生长算法,采用逆时针方式搜寻最优扩展点来生成三角形网格。该算法的总体时间复杂度为O（KN）,能够快速高质量的生成三角网格模型。     

散乱三维测量数据构建三角形网格模型的研究

三角网格模型广泛应用于曲面重构、快速原型制造和三维真实感显示等领域.针对三维测量得到的无拓扑关系的散乱无序点集,提出了一种三角网格模型构建算法.首先进行点云粗分组,然后从最高点根据Delaunay划分原则,按照循环扩展的思路生成三角形网格.通过控制合适的三角形生长条件,有效避免了三角面片交叉错乱、退化、法向量不一致缺陷.应用实例表明,该算法能有效完成各类复杂型面三维测量数据的三角网格模型构建.     

三角Bézier曲面快速求交算法

提出一种三角Bézier曲面快速求交算法,该算法采用R*S-树建立三角Bézier曲面的动态空间索引结构,基于该索引结构快速获取相交区域三角Bézier曲面片集,通过设定离散精度阀值,在逼近精度允许范围内将相交三角Bézier曲面片均匀离散为三角网格,采用R*S-树建立离散后三角网格的动态空间索引结构,通过网格单元间的求交获取交线数据,进而通过查询共端点交线数据跟踪提取三角Bézier曲面的完整交线,实例证明该算法在逼近精度允许范围内可快速、准确获取任意复杂三角Bézier曲面交线,并通过三角Bézier曲面模型的数控刀轨生成验证了该算法的实用性。     

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。     

G1连续三角Bézier曲面模型快速生成算法

提出一种由三角网格曲面构造 G1连续三角Bézier曲面算法,该算法基于三角网格曲面动态空间索引结构获取网格顶点的局部型面参考数据,根据三角平面片局部型面参考数据构造三次三角Bézier曲面片,将三次三角Bézier曲面片升阶到五次,解决了五次三角Bézier曲面片G1拼接时的约束几何条件冲突问题,生成了整体G1连续的三角Bézier曲面,实例证明算法数据适应性强,可快速准确生成G1连续的三角Bézier曲面.     

三角网格曲面等参数线刀轨生成算法

提出一种三角网格曲面等参数线刀轨生成算法。采用调和映射的方法对三角网格曲面进行参数化,给出了四种等参数线刀轨规划方式;根据网格模型、投影网格和参数网格之间的对应关系,由残留高度确定参数网格中的x或r参数线;在此基础上,采用“区域划分”的方法快速生成了无干涉、无冗余数据的网格曲面等参数线行切和环切刀轨。实验结果表明该算法是可行和有效的。     

基于数学形态学与拓扑规则的三角网格修补算法

针对散乱点云数据在三角剖分过程中产生的拓扑缺陷,提出一种基于数学形态学运算和拓扑规则的网格拓扑修补算法。通过交互的方式选择需要修改的区域,使用自适应分层栅格的缺陷识别技术提取有拓扑缺陷的网格的顶点,从而确定待修复区域的边界,然后利用数学形态学的开启运算和闭合运算去除该修复区域的拓扑缺陷,并利用基于柄体理论的拓扑运算法则对该区域进行局部拓扑修改,生成二维流形的三角网格。应用实例表明,由于不需要对整个点云数据重新进行三角剖分,简化数据处理的过程,该算法具有运算速度快、结果准确性好的优点,并能较好地消除网格中的拓扑缺陷,有效地提高三角网格的显示精度,最终得到具有几何一致性和网格单元拓扑一致性的三角网格模型。     

基于四叉树法和波前法的曲面网格剖分算法

提出了一种基于四叉树法和波前法的有限元网格生成算法。该算法首先将裁剪曲线边界离散成多边形,然后使用四叉树法对待划分裁剪参数曲面按细分要求进行递归分解,最终生成规则的栅格点,最后利用波前法的原理生成三角形网格,通过合并处理生成三角形与四边形混合网格。     

基于四叉树法和波前法的曲面网格剖分算法

提出了一种基于四叉树法和波前法的有限元网格生成算法。该算法首先将裁剪曲线边界离散成多边形，然后使用四叉树法对待划分裁剪参数曲面按细分要求进行递归分解，最终生成规则的栅格点，最后利用波前法的原理生成三角形网格，通过合并处理生成三角形与四边形混合网格。     

一种基于子域分解的表面混合网格生成方法

提出了一种新的基于子域分解的混合网格生成方法。该方法首先用映射法生成结构化背景网格,并确定实体表面上包含的小孔、键槽等小特征在背景网格中的位置,然后删除这些小特征覆盖的背景网格,并在这些区域内生成三角形网格,最后将剩余的背景网格和生成的三角形网格合并,得到整个目标域的网格。该算法综合了映射法效率高、网格质量好、四边形网格计算精度高,以及三角形网格几何适应能力强的优势。数值实验表明,针对复杂的实体表面,新方法能够全自动地生成质量较好的混合网格,生成的网格质量及算法效率均优于传统的推进波前法和铺砖法。     

三角网格模型特征线识别

给出了新的三角网格模型顶点法矢计算公式,据此对模型中的边进行了分类;在此基础上,提出了一种曲面三角网格模型特征线识别的新方法,该方法根据网格中边的分类结果形成含特征边的特征域,再由这些特征域得到初始特征线,最后对初始特征线进行优化处理,从而识别出网格模型的特征线。     

Iso-parametric tool path generation from triangular meshes for free-form surface machining

The polyhedral model is widely used in the manufacturing industry. However, apart from the iso-planar method, the tool path generation methods for polyhedral machining are very limited. In such a case, the given tool paths are no longer boundary-conformed or efficient. This paper presents a new approach to iso-parametric tool path generation for triangular meshes. The strategy proposed herein first parameterizes the triangular faces via a harmonic map. The cutter-contact (CC) points and the path interval are then calculated based on the machining tolerance requirements and the iso-parametric tool paths are finally generated. The method is implemented on a computer and some illustrative examples are provided to show the effectiveness of the developed algorithm. The main advantage of the proposed method is that the tool paths can be generated naturally along the boundary of a polyhedral model, thus eliminating internal tight-radius corners in conventional paths. This leads to substantial reductions of tool wear and machining time. In addition, the proposed method can also be used in other non-iso-parametric tool path planning methods for triangular meshes and compound surfaces machining.     

基于三坐标测量机的螺旋曲面重建

介绍了一种螺旋曲面的重建方法,详细阐述了设计流程。由三坐标测量机获取螺旋曲面数据,实现了测量数据中噪声点的剔除,利用Delaunay三角化重建了曲面。通过滚刀实例的初步验证,说明方法正确可行。     

全冠义齿网格过渡算法研究与应用

针对全冠义齿数字化设计时外冠和内冠过渡融合的问题,提出了一种新的网格过渡算法。首先提取外冠和内冠网格边界进行桥接形成封闭孔洞;然后根据定义的三角片插入规则插入新的三角片填充孔洞,构造初始过渡网格;最后投影到由边界顶点插值得到的隐式曲面上,投影点构成新的过渡网格,将其与外冠和内冠拓扑合并形成完整的全冠义齿修复体。用过渡算法得到的网格面片分布均匀,三角片质量较好,而且过渡边界光顺自然,具有较好的连续性。     

Interference-free cutting-path generation based on scanning data

This work presents a novel cutting-path planning strategy for three-axis machining of 3D scanning data. A curve-fitting algorithm is employed to fit each array of the measured data into parallel sectional curves, ensuring that the effect of measurement and form errors can be substantially reduced. The best-fitting sectional curves are then used to construct a surface of triangular meshes. A modified chord-length method is also proposed to adequately control the accuracy of the triangular meshes generated. The triangular meshes are then offset along the surface normal to obtain an offset mesh surface on which the cutting paths are planned. An effective gouging detection and removal algorithm are also proposed to prevent the machined surface from overcutting. Several computer simulation results demonstrate the feasibility of the proposed strategy.     

面向ICT切片图像复杂轮廓数据的三角网格拼接

针对从ICT(Industrial Computerized Tomography)切片图像中提取出的复杂轮廓数据的三维重建中数据量过多、算法复杂等问题,提出一种简单快速有效的三角网格拼接方法。即采用Freeman链码对断层图像的轮廓数据进行存储和精简,再根据相邻层间轮廓的相似性采用凸包理论来确定轮廓对应点,最后根据轮廓对应点情况对原有的轮廓点集合进行增补后采用最短对角法进行网格拼接。试验结果表明,该方法在保证重建精度的情况下有效减少数据量和计算消耗。     

四叉树法非结构网格剖分技术研究

针对有限元前置处理中二维复杂域四边形网格自动剖分问题,对四叉树网格剖分算法进行了研究。描述了四叉树网格的数据结构及其递归生成过程;提出基于计算机图形学的网格黑白性判断算法;给出两种边界网格处理的修正方法,并对这两种修正方法进行了比较;利用四叉树数据结构的特点实现对网格遍历、查找、插入等操作,并根据最近共同祖先法完成四叉树网格邻域的查询。结果表明:采用该方法可以实现有限元网格全自动剖分,网格生成只依赖于二维域的几何特征,对复杂边界的适应性强,生成的网格域内全部为四边形,只在域边界处出现少量三角形网格,具有较高的质量;网格生成、遍历、查找等数据操作效率高、时间短。     

交叠网格的检测与合并

提出了一种新的多片网格重叠区域的检测方法。首先对欲合并的网格采用基于栅格六面体和k-d树搜索的方法进行交叠区域的检测;然后删除交叠区域冗余的三角面片,在删除后的网格缝隙处建立连接桥三角面片;最后提取出建立连接桥后的孔洞并进行补洞处理,从而达到缝合网格的目的。由于拼接后的网格在缝合处会存在“台阶”等不光顺情况,因此通过光顺算法实现缝合处的光滑过渡。实例表明该网格拼合算法在处理速度和网格质量上都有很好的表现。     

形状反求中三维三角网格优化的实用算法

针对物体形状反求设计中空间三角剖分结果的优化这个关键问题，并根据对三维三角网格在空间应具有良好形态的要求，提出用局部平坦度的方法直接对空间三角网格实施优化。给出局部平坦度的定义、算法和优化判别准则，并给出应用实例。