基于锥光偏振全息测量法的自由曲面零件的光学非接触式自动检测

为了解决测量复杂自由曲面零件的速度和精度问题,提出一种基于锥光偏振全息测量方法的自动检测系统.该系统在5自由度自动定位系统的支持下,根据零件的三维CAD模型实现了对自由曲面零件的自动检测.文章介绍了锥光偏振全息测量法的原理,对系统进行了详细描述,讨论了系统基于CAD模型的检测规划及其优化算法,并介绍了相关的自由曲面叶片零件测量的实验结果.     

未知曲面数控加工干涉区域求取算法研究

质量和效率是自由曲面零件数控加工所追求的一对相互矛盾的目标,曲面的分片加工可以较好地解决这这一问题,而自由曲面零件分片加工方法中一个关键问题是如何求取自由曲面的干涉区域,提出了在对自由曲面密集采样测量的基础上,利用未知曲面测点信息,通过参数曲面局部逼近和干涉区域测点问几何关系遍历求取干涉区域的算法,该方法避开了烦琐的自由曲面重建处理,仿真和实验研究的结果验证了算法的有效性。     

基于最佳线性预测的自由曲线曲面压缩

针对产品协同设计过程中面临的三维CAD产品模型传输困难问题，提出一种基于最佳线性预测的自由曲线曲面的有损压缩算法。该算法采用最佳线性预测策略，并根据最小均方差准则对自由曲线曲面的控制点列进行预测，同时按用户给定精度进行量化处理，随后对量化值进行熵编码，从而实现自由曲线曲面的有损压缩。实验表明本文算法有较好的压缩效果。     

多裁剪自由曲面的修补缝合功能的实现

将初始的多个裁剪曲面粘合在一起,是从初始CAD模型转化生成为“不漏水”的网格化模型的子算法之一．首先叙述了初始多裁剪曲面的结构,然后阐述了该算法的数据结构,并给出了算法的具体实现．该算法可缝合多裁剪自由曲面,并对初始CAD模型中出现的裂缝、重叠等现象,以及不良的参数化边界曲线(如退化、折叠等现象)进行了相应的修补．程序测试表明,该算法稳定、快速．最后给出两个实例及相关数据．     

海量散乱点的曲面重建算法研究

基于海量散乱点的曲面重建在机械产品测量造型、计算机视觉、根据切片数据的医学图像重建等领域中有重要应用.给出了一种以物体表面上不附加任何几何和拓扑信息(包括测点法矢、曲面边界信息)的散乱点集为处理对象,自动生成物体表面的三角网格模型的算法.该算法首先根据测点的邻近测点估算曲面在该测点处的法矢,并采用优化的顺序对法矢方向进行调整以使各测点处的法矢都指向曲面外侧,最后用步进立方体算法输出三角网格模型.采用新的方法计算切平面,不但进一步提高了效率,而且改善了曲面边界及尖锐棱边区域的重建效果.还提出并解决了法矢方向传播中可能出现的局部“孤岛”问题.同时,提出了一种对海量数据进行空间划分的算法,从而大大提高了海量数据的处理效率.应用实例表明,算法效果良好     

三维CAD模型中自由曲线曲面无损压缩算法

针对协同设计环境下三维CAD模型网络传输慢等技术瓶颈,提出了一种针对精确CAD模型中自由曲线曲面的无损编码压缩算法.该算法采用最佳线性预测,并结合IEEE标准单精度浮点型数据的表达特点,引入了尾数差值编码算法,对曲线曲面的控制点信息进行了预测编码无损压缩,避免了现有多边形网格逼近编码压缩算法造成的精度损失和特征信息丢失.实验结果表明:该算法具有良好的压缩效果.     

基于区域分割的三维自由曲面相似性评价算法

为了在工程应用中检索已有的三维CAD模型,以便重用相应零件的设计信息,节省设计和加工成本,提出一种基于曲面分割技术的CAD自由曲面相似性评价算法.依据曲面的曲率将自由曲面分割成具有相对固定曲率特征的不同区域;对每个分割得到的区域用一个7维向量表达其形状的几何特征和拓扑特征,一个自由曲面形状特征即可通过各分割区域所对应的7维向量组成的向量组表达;将该向量组作为自由曲面的形状描述子,2个自由曲面的相似性可通过相对应的形状描述子间的相似性表达.在评价2个曲面形状描述子的相似性时,将描述子中的每个向量看成是一个带有属性的节点,2个形状描述子所对应的2组属性节点可看成是一个二分图,2组属性节点间相应节点距离看成是二分图的权值,并利用赋权二分图最优匹配的算法求出2组属性节点的相似性,实现2个自由曲面之间的相似性评价.实验结果表明,该算法是有效、可行的.     

自由曲面体的一种模型设计方法

本文叙述了由剖面来描述和生成自由曲面体的模型设计方法,讨论了生成三视图等算法并探讨了该模型用于计算机辅助生产自由曲面体的前景。     

用粒子群优化算法计算点到复杂曲面最短距离

点到复杂曲面的最短距离是一个复杂非线性寻优问题.阐述了粒子群优化算法基本原理及在处理复杂的非线性优化问题的独到之处,介绍了复杂曲面的NURBS描述方法,建立了点到复杂曲而最短距离的数学模型,提出了基于粒子群优化算法计算测点到复杂曲面的最小距离的方法,并通过大量算例验证了其可行性和有效性.算法易于计算机实现,且计算精确度高,可以达到任意给定的精度,非常适用于CAD/CAM和虚拟现实中点到复杂曲面最短距离求解.     

密集散乱测量数据点的B样条曲面拟合研究

回顾了密集散乱数量数据点面拟合研究发展情况,针对异形边界自由曲面密集散乱测量数据点,提出一种B样条曲面多步拟合算法,其中涉及边界插值B样条曲面生成、Hardy′s双二次局部插值、规则网格数据点B样条曲面最小二乘拟合等关键技术,通过一个工程实例,对文中提出的B样条曲面多步拟合算法进行了实验验证。     

基于非均匀B样条的未知曲面自适应测量

曲面测量是自由曲面逆向工程中的关键步骤。从测量和重构的角度,综合考虑具有自由曲面特征的几何体测量效率及精度,提出基于非均匀B样条的平面曲线自适应测量算法,通过跨距的自适应调整去除测量过程中的噪点及误点,指导接触式三坐标测量机（Coordinate Measuring Machine,CMM）自动连续测量整张自由曲面,提高了测量效率和测量精度。最后实例验证了该方法,曲线拟合精度达到100 nm级,测量精度达到μm级,具有较强的工程应用价值。     

面向层析测量反求工程的自由曲面轮廓集分割技术

轮廓集的分割分为粗略分割和精化两个阶段．粗略分割是指从其他层上抽取和种子轮廓最相似的轮廓，提出了基于轮廓串匹配的优化方法；在精化阶段，提出了基于转角映射的特征连接点辨识技术，用来调整粗略分割轮廓段的两端点．实例表明，文中算法解决了自由曲面轮廓集精确分割的问题，为进一步实现三维特征参数识别和CAD模型重构打下了基础．     

具有规整曲率线网的光滑曲面设计

为了设计具有规整曲率线网且无脐点的光滑曲面,提出一种曲面交互设计算法。 采用 Bézier 曲面片光滑拼接构成的复合曲面作为表达形式,通过交替曲率线网的优化和曲面细 分得到自由形状的设计曲面,所得曲面具有规整曲率线网而且没有脐点。以此复合 Bézier 曲面 为基础,通过圆纹样条曲面优化算法得到结构规整的圆纹样条曲面,同时也能得到圆锥曲面条 模型以及曲面多层支撑结构等自由建筑曲面设计中有重要应用的几何结构。     

基于三坐标测量机的曲面零件逆向设计研究

逆向工程也称反求工程,是对现有三维实物(样品或模型),利用三维数字化测量设备准确、快速测得轮廓的几何数据,并加以建构、编辑、修改生成通用输出格式的曲面数字化模型,从而生成三维CAD实体数模、数控加工程序或快速原型制造所需的模型截面轮廓数据。介绍了逆向设计,以波轮零件为例,分析了曲面零件特征,说明了应用三维CAD软件建立零件模型过程和方法,论述了基于三坐标测量机的曲面零件的逆向设计和验证过程。     

讲基于曲率特征的三维模型浮雕压缩算法

基于三维拓扑和几何信息的数字化浮雕生成,是浮雕设计领域的一个全新发展方向。根据浮雕艺术形式的特点,实现了一种基于三维测量数据的浮雕曲面生成算法。该算法将浮雕的生成抽象为三维模型在某个投影方向上深度场的压缩过程,以模型曲面的几何信息作为压缩对象,生成的浮雕曲面在深度方向上的立体感可由用户自由控制。实验表明该方法在保持模型拓扑结构一致性的基础上,包含了丰富的几何细节特征。算法可以利用现有的各种实体造型,生成灵活多样的浮雕艺术品,具有广泛的应用前景。     

多个曲面拓扑模型及光滑重建方法的研究

首先给出能够表示任意多个自由曲面拓扑的描述,该模型可用于表示反求工程中的任意物体,基于这种拓扑模型,给出了一种新的多个复杂自由曲面的重建算法,该算法能够保证相邻曲面间具有很高的几何连续性,实践证明是可靠和高效的。     

曲面直接插补和组合曲面的自适应加工

为了提高组合曲面的加工精度和效率，本文论述了曲面直接插补算法和组合自由曲面的混合数控加方法，提出了曲面自适应三角化方法和沿曲面／曲线交线自适应步长加工，这些自适应策略可大大强混合数控加工方法加工组合曲面的能力。     

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.     

带自由曲面的三视图重建算法研究

针对蕴含自由曲面的三视图,提出了通过恢复边界线和轮廓线进而根据这些恢复 的空间曲线重建自由曲面的算法。首先分析并证明了自由曲面在三视图中的投影性质,从而提 出边界投影和轮廓投影的匹配算法。针对视图中存在的被打断的样条曲线,提出了分段样条曲 线的爬坡算法来解决此类曲线不能匹配的问题。然后基于投影匹配序列重建出自由曲面的边界 线,再由边界投影上的点和轮廓投影端点的对应关系重建出空间轮廓线。由轮廓线等参采样构 造截面线并和边界线一起蒙皮生成最终自由曲面。本文提出的算法扩展了工程图的重建域。     

人体局部曲面建模与自由变形方法

人体曲面建模与自由变形方法是实现人体数字化的关键技术。给出了提取平面点云数据的方法及平面点云排序算法，介绍了基于平面数据的B样条曲面重构算法，重点叙述了用FFD（Free Form Deformation）技术实现曲面变形的算法及自由变形方法的特点，最后给出了人体胸部曲面建模与自由变形的实例，实例表明使用FFD进行曲面变形的效果比较自然。