自由曲面特征造型及其有效性维护的研究

对HUST-CAID（哈尔滨理工大学计算机辅助工业造型设计）系统研究的基础之上,引入自由曲面特征,运用自由曲面特征定义点构建几何形状轮廓曲线,实现特征参数化。其次,根据特征的分类和参数化,结合HUST-CAID系统的自身特点,完成特征类的定义,并在所构建的几何形状轮廓曲线的基础之上,使用扫掠法和蒙皮法技术构造出几何形状原型和最终的特征实例形状。最后,建立了一套自由曲面特征有效性维护机制。     

自由曲面特征的定义与识别技术的研究

结合自主开发的HUST-CAID（哈尔滨理工大学计算机辅助工业造型设计）系统的特点,引入自由曲面特征,给出了自由曲面特征的参数化定义,并在此基础上对自由曲面特征识别进行研究,先是给出自由曲面特征识别的定义,接着提出了基于曲线的特征识别的算法。该方法将基于曲线的特征以二维参数的形式给出定义,使其能在二维平面上研究,通过重构特征的剖面模板库,从而利用目标特征与模板特征匹配实现了特征识别。     

基于特征造型的自由曲面特征及约束求解的研究

在对HUST-CAID（哈尔滨理工大学计算机辅助工业造型设计）系统进行研究的基础上，首先引入了自由曲面特征。然后结合HUST—CAID系统定义了自由曲面特征的分类和参数化，同时系统为用户提供了一组适当的参数，使用户能够直观的设计任意曲面，而不必参与曲面的底层设计。当用户修改参数时，系统就会自动提供相应的反馈。为了求解出与约束一致的图形，还给出了一种新颖的原型驱动约束求解算法，并在HUST—CAID系统中进行了仿真实验，结果显示，此算法能够有效地简化约束求解和特征造型的过程。     

层次参数化的自由曲面特征表示与实现

为了解决自由曲面特征参数化问题,提出一种自由曲面特征参数分层实现框架.采用从高层到底层、从整体到局部的分层思想,将自由曲面特征的参数及映射关系划分为"3层参数和2级映射"结构来定义曲面特征,即高层语义参数表示整体形状,中间层参数表示特征线和底层参数表示细节形状,并在各层参数间建立映射和约束关系;同时支持设计者用Scheme命令快速实例化曲面特征.该方法避免了传统方式中由高层特征参数到底层数据间直接的复杂映射关系,且方便了曲面特征的实例化.实验结果表明,文中方法使得设计者能够从特征语义层直观地编辑修改自由曲面特征,是一种有效的自由曲面特征参数化表示和实现方法.     

自由曲面对象族研究

传统的边界表示方式导致自由曲面特征仅包含几何信息,很显然这种表达方式是很低效的。为此提出了一种有效描述自由曲面特征的新方法,该方法基于陈述式的对象族模型构建自由曲面对象族,使自由曲面具有高层次的语义信息,可以保证自由曲面特征无缝地融合到模型中去,同时满足自由曲面特征与其他特征间的约束关系。通过约束定义自由曲面特征具有的语义信息,在建模过程中功能属性被很好地维护,实现了对自由曲面特征在参数化层次上的描述,并证明了其可行性。     

基于特征的参数化建模技术在HUST-CAID系统中的应用

针对HUST-CAID系统中由于模型组织不合理而导致特征创建、特征求解和修改效率不高的问题,该文依据参数化技术有利于提高建模设计效率的思想,将基于特征的参数化建模技术引入HUST-CAID系统中,并对原有特征求解技术进行优化。使系统在数控机床设计中取得了良好的效果。     

基于任意骨架的隐式曲面造型技术

给出了一个新的基于任意多面体网格骨架的构造性自由曲面造型算法.算法首先由每个给定骨架构造出一个距离场,然后利用隐函数光滑过渡技术和CSG(constructive solid geometry)表示技术将所构造的隐式曲面自由地两两粘合成一张光滑曲面.隐式曲面的多边形化算法则用来生成最终曲面网格.以任意骨架作为基本体素,突破了传统隐式曲面以点为基本骨架的限制.而且,距离曲面很好地逼近了原骨架形状,使用户可直观地对复杂曲面进行交互设计.而形变函数的引入,则极大地丰富了此方法的造型能力.实验结果表明,基于该算法的原型系统能够方便、直观地构造复杂的自由曲面.     

基于ACIS/HOOPS的特征造型系统设计与实现

为了探索CAD/CAM领域中的特征造型关键技术,研发一个特征造型系统。该系统分别以ACIS和HOOPS为几何造型引擎和渲染引擎,能够实现常用特征的创建、特征历史的管理、基本约束的管理和特征模型与几何模型的存取等功能,并且支持一些自由曲面特征造型以及参数化设计。为了维护用户的隐含设计意图,系统采用了一种新的拓扑元素命名与辨识机制。最后,给出了使用该系统进行特征建模、自由曲面特征参数化设计以及设计意图有效维护等实例,验证了本系统的可行性和有效性。     

自由特征模型参数化研究

为了更高效直观地对自由特征形状进行建模,对自由特征形体及自由特征定义点进行参数化,提出了一种通过封装参数和约束创建自由特征体特征的方法。在自由特征形状的定义中,建立数值参数和最终特征形状几何属性的映射关系。在轨迹线上提取特征定义点,在各点处建立横截面,对横截面进行蒙皮和扫掠运算,生成和基曲面无缝连接的自由形状体特征。     

自由曲面非接触式测量路径规划及相关算法研究

针对研制的自由曲面非接触式测量系统的硬件组成工作原理，对CAD模型已知自由曲面零件的测点自适应布置，CAD模型未知曲面的测量路径规划测点数据处理算法进行了研究，计算机仿真和实验的结果验证了述算法的有效性。     

自由特征模型约束求解研究*

在对自由特征模型参数化基础上,提出一种约束求解的新方法。该方法对自由特征形体定义点进行参数化,建立几何约束图,将约束问题分解为三角形约束和四面体约束两大类,分别进行求解,定义手向性规则,利用该规则将子问题组合为全局解。在自主开发的HUST-CAIDS（哈尔滨理工大学计算机辅助工业设计系统）中实现了本算法,并得到满足设计者需求的模型。     

密集标志点集的拓扑保持变换方法*

在对自由特征模型参数化基础上,提出一种约束求解的新方法。该方法对自由特征形体定义点进行参数化,建立几何约束图,将约束问题分解为三角形约束和四面体约束两大类,分别进行求解,定义手向性规则,利用该规则将子问题组合为全局解。在自主开发的HUST-CAIDS（哈尔滨理工大学计算机辅助工业设计系统）中实现了本算法,并得到满足设计者需求的模型。     

基于层次B样条的自由形状特征重用

借助层次B样条技术提出了一种自由形状特征的重用算法.首先利用低通滤波和泊松方程对源曲面上特征区域进行基面与细节特征的分离操作,求得基面与特征之间的偏移矢量场;然后利用平面参数化将偏移矢量场应用到目标曲面上完成特征重构;最后借助层次B样条技术优化重用结果.实验结果表明,该算法能够有效地完成自由形状特征的重用.     

Creation of user-defined freeform feature from surface models based on characteristic curves

This paper proposes a novel method for the creation of user-defined freeform feature (UDFFF) from existing surface model. The developed methodology has four major steps: selecting the region of interest (ROI), obtaining the characteristic curves from the surface model, reconstructing the ROI surface, and parameterizing the UDFFF. To quickly create UDFFF on the ROI, the representation of freeform feature based on characteristic curves is proposed. First, the characteristic curves of ROI are obtained automatically or by a small amount of human–computer interaction. In particular, user can directly and easily draw the curves on surface to satisfy the designer's requirements. Second, from the set of characteristic curves that is obtained, freeform surface is reconstructed by a suitable surface generation method, e.g., sweeping, revolving, skinning, and filling. Finally, parameterization of the freeform feature is configured, which primarily involves establishing parameters and building the mappings between feature parameters and shape data. Moreover, according to the degrees of freedom, two types of parameterization of freeform features may be described: one (low degrees of freedom) can be accurately described by the characteristic curves and the other (high degrees of freedom) can be approximated with these curves. The proposed UDFFF creation method has been tested with examples based on the surface models. Experience with our prototype system indicates that it allows untrained users to create UDFFFs from the surface models.     

流线型结构特征造型方法及其在高速列车设计中的应用

提出了一种基于自由曲面的流线型结构特征造型方法,并将其应用于200km／h电动车组“先锋号”的流线型结构设计之中,流线型结构特征所描述的实体模型对自由曲面外形的变化具有自适应性,该方法便于流线型结构数据存取和修改,可在自由曲面外形和流线型结构各种参数多次修改的情况下自动生成流线型结构实体;大幅度地减少了人机交互时间,解决了高速列车流线型结构实体造型过程中设计周期过长的问题。     

自由曲面特征模型中的数值和曲线参数*

成功的特征模型系统,在很大程度上取决于是否能给用户提供友好的方式来指定和改变特征模型,针对这一点,给出了两个新的功能：a）利用数值参数和曲线参数来指定和改变自由曲面特征模型;b）除了特征模型中现有的参数,其他参数可以添加到特征模型,包括特征之间的交叉曲线。为了提供这些功能,提出了一个新的三个层次的结构,最高层次为不可估计模型,最低层次为可评估的模型,中间层次为部分评估模型,后者链接最高层次的特征和最低层次的几何模型,并且也提供了最高层次和最低层次几何模型中的特征定义的交互。