起落架过渡曲面光顺方法研究

根据某型号飞机起落架过渡曲面加工的特殊要求 ,本文着重讨论了过渡曲面的光顺算法。曲面的光顺准则通常根据曲面上的关键曲线是否光顺以及曲面的曲率变化是否均等来判断。使用能量法作为起落架过渡曲面光顺处理方法 ,其基本思想是使曲面的整体能量在一定的约束条件下达到最小。能量法的关键是能量函数 (光顺准则 )E(V)的选取 ,通常是通过对弹性薄板应变能进行简化或近似得到的。本文研制的光顺算法及程序已经在西安飞机工业公司的某国防重点项目中得到应用 ,并取得了较为满意的效果。     

基于联合细分的曲线网插值曲面的光顺性研究

分析了插值于曲线网的联合细分曲面存在不光顺现象的原因后,将曲线2阶差分算子和曲线顶点邻近点的修正算法,发展成为非均匀2阶差分算子和非均匀修正算子;然后在原始网格加密过程中,采用曲率流方法,在网格法向上移动控制顶点来调整网格形状,从而消除极限曲面上的扁平、凹陷现象,得到光顺的极限曲面,扩展了联合细分的应用范围。     

反求工程中基于点云数据集的CAD建模研究

提出了一种新的基于神经网络的点云数据重构CAD光顺造型的新算法。首先对点云数据平滑处理;然后进行特征线提取,并以特征线为基础对曲面进行分割。该方法能直接从神经网络的权值矩阵得到曲线的控制顶点／曲面的控制网格,通过神经网络的权值约束实现曲线段／曲面片之间的光滑拼接。同时对恢复的隐式表面的初始逼近网格自适应性优化。实验效果表明,该方法能够得到精确的逼近结果,同时能满足反求工程的实时需求.     

燃气轮机透平叶片截面形状重构技术研究

基于逆向工程,采用NURBS(非均匀有理B样条)理论对透平叶片截面数据点阵进行整体插值,实现对透平叶片截面形状的重构;然后采用NURBS小波分解的光顺算法,对重构的自由曲线进行整体光顺。实践表明,经过重构和小波光顺后,有效地构造出透平叶片截面线,并去除了曲线上的坏点,改善了截面线的品质,达到了预定目的。     

基于能量最优的局部优化光顺处理

在对CAD/CAM生成的大量微小直线段进行样条曲线拟合过程中,会出现拟合出的样条曲线不光顺的情况,进而影响数控加工出的工件的表面质量。针对该种情况,提出了一种同时考虑相邻弦间夹角和曲率的＂坏点＂判定方法,并采用能量最优的局部优化法同时对＂坏点＂的位置和切向量进行修正。然后选取一组数据点进行仿真实验,仿真结果表明,经＂坏点＂修正处理后的样条曲线的曲率更均匀了,从而验证了该算法的有效性。     

均值漂移去噪算法的研究

逆向工程中对实体扫描时,由于会受到各种因素的影响,不可避免地在真实数据点中混有噪声点,为后续的曲面重构和曲面拟合等带来困难.提出应用均值漂移算法,在局部邻域内估计采样点的核密度函数并通过均值漂移算法计算它的局部最大值点,核密度函数的局部最大值点确定了点云数据的聚类中心并能准确逼近采样点曲面,将每一个采样点漂移到密度函数的局部最大值点,使点云曲面收敛为一个稳定的三维数字模型.通过实验结果表明能有效剔除噪声点.     

采用正交函数优化三维自由曲面

自由曲面重建时,一般采用增加控制点个数来提高曲面拟合精度,但控制点的增加会引起曲面连续阶数变低.通过分析传统算法在曲面拟合中的不足,提出采用正交函数的曲面拟合方法,该算法避开不规则数据点进行拟合,保证了曲面的光顺性.当采用3×3阶曲面,36个控制点进行曲面拟合时,曲面重构最大误差仅为0.077 0mm,曲面满足G2曲率连续.实验结果表明,所提出的曲面优化算法,实现了曲面控制点数与曲面光顺和重构精度的最佳匹配,提高了曲面拟合的品质.     

基于多分辨技术的任意控制顶点曲面光顺

在自由曲面的光顺过程中,针对曲面u、v方向控制顶点数任意的情况,以任意控制顶点曲线的多分辨光顺算法为基础,通过张量积的方法,把任意分辨率下的多分辨光顺技术推广到了二维空间。该算法基于张量积运算,用严格的数学推导实现了二维B样条小波的构造及其分解重构算法,由此把原始曲面的控制顶点分解成了低频部分和三个细节部分,其中,低频部分即为光顺曲面的控制顶点,细节部分即为过滤掉的噪声。由于整个计算过程严格遵循多分辨分析思想,原始曲面仍然可以通过重构算法由低频部分和细节部分进行精确重构。在此基础上,通过一个复杂的实例,验证了本多分辨光顺算法的正确性和准确性。     

半正交B样条小波及其在曲线曲面光顺中的应用

基于B样条基函数及其对应的小波不具有平移正交性,因而不能用现有Mallat快速算法进行小波分析的特点,从B样条基函数以及多分辨分析的定义出发,用严格的数学推导实现半正交B样条小波的分解重构算法。详细阐述该算法在准均匀三次B样条曲线中的运用,并给出一条复杂曲线及一个复杂曲面的分解重构实例,表明该方法能够在复杂曲线曲面的光顺中取得良好效果。     

UG/Imageware在逆向工程曲面重构中的应用

结合曲面自身特点,采用ATOS扫描仪对其扫描得到点云数据,利用逆向造型软件Imageware强大的点云数据处理功能,采用4-边界法在Imageware中进行点云数据处理、曲线处理、曲面处理等,重构曲面模型并进行模型误差评价.利用UG Nx4的曲面创建优势,将Imageware中提取4-边界曲线,导入UG NX4中创建曲面并进行光顺分析,直至得到最优化曲面.这种设计方法大大缩短了设计开发周期,提高产品的设计效率.     

基于非均匀B样条小波的NURBS曲面光顺

将非均匀B样条小波分解方法用于曲面光顺。通过整体光顺度量确定曲面整体光顺的方向，进而通过曲面整体小波分解实现曲面的整体光顺；通过曲面在节点对处的局部光顺度量，确定要光顺的节点及方向，然后用最小区域算法实现曲面的局部光顺；给出了一种由用户交互指定光顺区域的区域光顺方法；用细节部分的再次分解控制曲面的光顺误差；通过施加约束解决光顺前后曲面边界位置和切矢不变的问题；对于计算的稳定性及可能出现的奇异情况给出了论述。这些光顺算法在浙江大学开发的反求工程CAD软件RE-SOFT中的实际应用效果表明，基于非均匀B样条小波分解的NURBS曲面光顺算法能够有效地去除曲面上的坏点，改善曲面的品质。     

FAIRING TECHNIQUE OF THE CURVES AND SURFACES IN INDUSTRIAL STYLING DESIGN

To many industrial products such as cell phone, family appliance, vehicle, a pretty shape of nice visual effect is indispensable. To fulfill this target, designers are endeavoring to make the curve and surface of the products smooth and continuous during the shape design. Through the analysis and generalization of the present smoothing methods, the energy optimization method which combines the merits of energy method and least squares method together is studied, the target function of energy optimization method is derived, the solution to the target function and steps of curve fairing is introduced, the skills and methods building A-class surface which are based on cloud data measured from 3D scanning are studied, the validity of energy optimization method is verified with the example of the shape design ofa mini-EV as well.     

ALGORITHM OF PRETREATMENT ON AUTOMOBILE BODY POINT CLOUD

As point cloud of one whole vehicle body has the traits of large geometric dimension,huge data and rigorous reverse precision,one pretreatment algorithm on automobile body point cloud is put forward.The basic idea of the registration algorithm based on the skeleton points is to construct the skeleton points of the whole vehicle model and the mark points of the separate point cloud,to search the mapped relationship between skeleton points and mark points using congruence triangle method and to match the whole vehicle point cloud using the improved iterative closed point(ICP)algorithm. The data reduction algorithm,based on average square root of distance,condenses data by three steps, computing datasets' average square root of distance in sampling cube grid,sorting order according to the value computed from the first step,choosing sampling percentage.The accuracy of the two algo- rithms above is proved by a registration and reduction example of whole vehicle point cloud of a certain light truck.     

应用改进迭代最近点方法的三维心脏点云配准

在医学多图谱配准中,为了改善因初始位置差异较大、形状复杂和局部残缺导致的配准效率低和精度差的问题,本文采用了先粗配准再精配准的处理策略,在主成分分析法(PCA)实现粗配准的基础上,提出了基于双向距离比例的迭代最近点(ICP)的精配准算法。精配准算法中,首先采用KD-tree进行最近邻搜索以提高对应点对的搜索速度,然后为每个点提出了双向匹配方法并计算其双向距离和比值,为进一步提高配准精度,引入了一个指数函数判断点对正确匹配概率,最后运用奇异值分解法(SVD)计算最终变换矩阵。为了验证算法的可行性和有效性,分别设计了不同缺损程度的斯坦福点云数据实验和两组CT心脏点云数据配准实验,结果表明本文方法较经典ICP算法的平均误差减少约21%,较TrICP算法减少约13%,在心脏点云数据配准实验中,本文方法较TrICP算法的15.5 s加快到1.77 s。因此本文方法在解决三维心脏点云数据的配准问题中具有良好的效率、精度和稳定性。     

基于逐步回归算法的逆向造型研究

针对测量点云,基于逐步回归算法,建立拟合曲线方程。此方法是在最小二乘拟合多项式法基础上改进的,保留了对曲线方程影响显著的因子,简化了因子的数量,建立了曲线模型进行逆向造型。此算法能迅速建立曲线方程,提高后期造型的效率和光顺度。     

B样条曲线的自动光顺算法--最小二乘能量法

在曲线光顺的传统能量法与最小二乘法的基础上,提出了一种新的B样条曲线光顺算法-最小二乘能量法。只需指定相关参数或权因子的值,该方法即能自动完成曲线光顺过程。经该方法光顺后的曲线不仅应变能较小,且曲率变化较均匀。同时通过迭代调整控制顶点位置,使光顺前后曲线达到一定的逼近性要求。     

一种基于八邻域深度差的点云边缘提取算法

提出了一种基于八邻域深度差(8N-DD)的点云边缘提取算法。算法根据目标特征的点云,对每个特征点沿深度方向进行垂直投影并对投影点进行栅格划分,计算出每个栅格内投影点所对应深度的平均值作为该栅格的深度值;然后比较每个栅格与其八邻域栅格的深度差,根据深度差判断该栅格内是否存在边缘点,并采用排序法从栅格内筛选出目标的点云边缘点。针对含有非孔洞和孔洞的两种典型点云数据,利用八邻域深度差算法进行点云边缘提取,验证了算法的有效性。     

基于法向变化量的变分辨率曲面重建算法

在研究曲面局部法向变化量与高斯曲率关系的基础上,提出了一种基于法向变化量的变分辨率曲面重建算法。该算法首先根据用户给定的法向变化量门限,自适应于曲面曲率对点云数据的最小立方体包围盒进行八叉树分割,并在其有效叶节点内进行局部等值面提取,然后在八叉树中不同级别且空间相邻的有效叶节点内,采用垂直投影法将它们间的缝隙进行拼接。对于给定不同的法向变化量门限,该算法可同时完成曲面重建和网格简化两种功能,从而直接得到点云数据的多分辨率模型。应用实例表明了该算法的有效性。     

基于Snake模型的特定人脸三维重建方法

以双目立体视觉为基础,构建一种特定人脸重建系统,提出基于Snake模型的特定人脸三维重建方法,利用已标定的摄像机拍摄立体图像对,采用肤色检测得到人脸区域。在对立体图像对进行摄像机畸变校正、立体图像对的外极线对齐、人脸区域选择及归一化等预处理后,采用金字塔结构相关匹配算法,在误匹配点数与精度两者之间达到较好的平衡。针对人脸提出能量最小化方程,考虑顺序匹配约束、连续性约束、曲线上各点曲率的估计和相关性约束条件,大大提高视差提取的正确率,解决了立体视觉中立体匹配的难点,成功地恢复出人脸的三维数据,实现特定人脸的重建。试验结果表明：基于Snake模型的视差抽取,并经过光顺处理和纹理映射后,除了脸部部分边缘存在一些变形外,主体部分的重建效果真实感强。该算法不需要结构光等设备,基本不需要人工干预,就能恢复出特定人脸的三维数据,效果好,实用性强。     

特征提取的点云自适应精简

作为一种反映物体形貌的三维信息,点云数据的原始数据量十分庞大,直接对过多的数据进行操作会影响后续重建等工作。本文提出了一种新的点云特征提取自适应精简算法。首先对原始点云进行空间划分,构建点的k邻域,设置特征参数,进行特征分析,识别不同区域的信息和数据。然后针对平面数据预先进行边界的检测和提取,对剩余部分进行精简。最后,针对非平面区域,先提取特征,再根据曲率的不同进行不同程度的精简。办公室数据扫描实验结果表明,处理大小为百万以内点的点云模型可以在几秒之内完成,精简比能够达到90%以上,与原始数据间的误差较小:平面部分在精简前后平均偏差均在0.02mm以内,波动很小,为0.005 7mm;非平面区域精简前后的平均偏差均在0.08mm左右,差值仅为0.000 3mm,精简精度得以保证。因此,利用提出的算法处理后的数据能更好地展示物体的形貌。