基于协方差矩阵的点云孔洞边界检测

逆向工程中点云模型孔洞边界的检测是孔洞修补的前提,完美的孔洞轮廓线有利于提高孔洞修补的质量.参照二维图像中边界的定义,给出了三维模型中点云孔洞边界的定义,并且提出了一种简单的孔洞轮廓线生成算法.首先,通过分析邻域点协方差矩阵特征值之间的关系,提出了一种边界点检测算子,用于初步提取孔洞特征点;然后,综合考虑邻域点最大特征...     

散乱点集拓扑邻域均值逆向漂移查询算法

为获取散乱点集的拓扑邻域数据,提出一种基于均值逆向漂移的自适应迭代搜索查询算法,基于R*树动态空间索引,采用动态扩展空心球k邻域查询算法快速获取目标样点的拓扑邻域参考数据,根据邻域查询与点集密度分布的关系,采用核密度估计描述点集的分布规律,利用均值漂移算法计算得到能够反映散乱点集局部分布特征的均值漂移矢量和均值点,将邻域搜索区域沿逆向均值漂移矢量移动进行邻域查询并实时更新样点的拓扑邻域参考数据,进而完成拓扑邻域查询的均值逆向漂移迭代计算,最终实现样点拓扑邻域数据的自适应搜索查询。试验表明,该算法可快速获取复杂型面均匀或非均匀采样点集的邻域数据,查询结果包含Voronoi邻域及其他有效邻域参考数据,能更好地反映散乱点集局部型面特征。     

散乱点云的孔洞识别和边界提取算法研究

针对逆向工程中已有孔洞识别算法执行效率低、孔洞边界点提取不完整等问题,提出一种新的基于KD树和K邻域搜索的点云孔洞识别及边界提取算法。该算法首先利用KD树建立散乱点云的拓扑关系。其次,计算点云密度、定义距离阈值作为判别参数,利用K邻域搜索计算每个点与其K个邻域点的距离,距离大于阈值的点即为边界点。再次,采用单坐标搜索法去除外边界,保留孔洞边界。最后,利用边界追踪算法获取完整的孔洞边界点。以涡轮叶片和挖掘机斗齿为研究对象,对点云上的自然孔洞利用该算法进行识别。结果表明,该算法能够快速地识别出散乱点云中孔洞,并能完整地提取出孔洞边界点,实用性强。     

样点邻域同构曲面约束的散乱点云法向估计

针对现有点云法向估计算法难以兼顾估计结果的精度与稳健性问题,以局部采样区域同构曲面作为样点邻域点集所反映曲面形状约束,提出一种散乱点云法向估计方法。该方法将目标样点的邻域点集作为局部样本进行曲面重建,获取插值于采样点集并与采样表面拓扑同构的局部网格曲面;对曲面局部区域高斯映射结果进行聚类分析,获取目标样点的各向同性邻域面;基于面片的正则度以及面片至目标样点的测地距离,确定目标样点各向同性邻域面片法向的加权均值,并将所得结果作为目标样点的法向估计结果。试验结果表明,该方法在点云数据信噪比为40 dB的情况下可保证98%以上样点法向估计偏差在以内,可稳健处理含有噪声以及采样不均匀等缺陷的散乱点云法向估计问题,对于含尖锐特征的点云亦能准确估计样点法向,且具有较高的计算效率。     

面向快速原型制造的形状反求关键技术

用局部切平面族逼近原型体的方法进行基于散乱数据点云的形状反求。基于某点的邻域点集构造局部切平面，用黎曼图表示局部切平面的邻接关系，通过最小生成树进行局部切平面调整，使其法矢一致化，然后用Marching Cubes法重建三角网格模型。该方法除了点的三维坐标，无需任何附加信息即可自动判断散乱数据点所蕴涵的拓扑结构，适于快速建立具有任意拓扑结构的复杂形体。应用结果表明该方法稳定、可靠、执行效率高。     

基于局部样本增益优化的α-shape曲面拓扑重建

在曲面重建中,提高棱边特征重建精度是逆向工程和计算机辅助设计制造等领域的难点问题。采用样点的近似拓扑近邻点集作为曲面局部样本,对α-shape算法进行优化,使α-shape尺度阈值能更为准确地反映样点分布密度,从而提高α-shape曲面拓扑重建结果的正确性。样点的近似拓扑近邻点集的获取本质上是欧氏近邻点集的增益优化,使后者向邻近的稀疏区域适度延伸,从而弥补因数据分布不均匀而导致的拓扑邻域信息缺失。基于增益优化后的样点近邻点集并结合曲面重建先验知识可确定α-shape尺度阈值,使α-shape曲面拓扑重建过程中尺度阈值可自适应调整。试验表明:该算法使所得网格曲面基本不含孔洞和棱边凹痕,能更好保持棱边特征的形位精度,可减少初次过滤结果中的非流形面片,同时具有与主流Delaunay网格过滤算法相近的重建效率。     

有界泊松曲面约束的曲面样点法向稳健估计

对存在噪声、非均匀采样等缺陷的曲面样本,基于样点及其邻近样点构成的局部样本通常无法稳健逼近曲面局部区域,导致样点法向难以准确估计。为抑制样本缺陷对样点法向估计的影响,提出一种以有界泊松曲面逼近局部样本作为约束的样点法向加权估计算法。对待估计法向的样点,该算法对其所属曲面局部样本作增益优化处理,使得曲面局部样本具备边界保护区域;在样点的Frenet标架中以泊松曲面逼近该样本,基于样本的边界保护区域将泊松曲面的离散网格转化为有界形式,从而建立样点邻域的曲面约束,以有界泊松曲面离散网格中距样点最近的网格面片作为样点的参考面片,基于顶点邻域面的正则度及邻域面到该顶点的测地距离估计参考面片顶点法向,将参考面片各顶点法向的加权求和结果作为样点法向的估计结果。实验结果表明:曲面样本噪声水平不高于20%时,可将法向计算误差控制在π/18以内,且所得法向过渡较为光滑。证明了该算法适用于复杂曲面样本,可稳健处理存在噪声以及采样不均匀等缺陷的曲面样本的样点法向估计问题,实现曲面样点法向的光滑过渡。     

惯性效应对延性金属材料中孔洞长大行为的影响及敏感性分析

从能量守恒原理出发,得到考虑惯性效应的微孔洞增长方程,并以Gurson模型为基础,通过ABAQUS软件用户子程序VUMAT将微孔洞增长方程引入Gurson模型中,分析考虑惯性效应后的孔洞长大行为.结果表明,惯性效应抑制孔洞的长大,且随着加载速率的提高,这种抑制作用更加明最；惯性效应对材料的初始损伤和孔洞的分布密度十分敏...     

基于局部自适应鲁棒回归的点云消噪

针对传统点云消噪算法低频平滑与高频磨平之间的矛盾,提出基于局部自适应邻域鲁棒回归的点云消噪算法。提出采样点局部自适应邻域的概念,使采样点邻域的大小能够根据模型局部形状进行自适应调整,为点云模型的低频区域平滑和高频区域特征保持奠定基础;针对传统的最小二乘曲面拟合受旁值点影响大,采样点微分几何信息提取可靠性差的问题,提出对采样点局部自适应邻域进行鲁棒回归,以实现采样点微分几何信息的可靠提取;以采样点法向和最大最小曲率为基础,构造一种新的采样点特征测度函数。在对测度函数的特性进行研究的基础上,根据测度函数值将采样点划分为特征点、非特征点和过渡点,并利用特征测度函数进行有效子邻域识别,实现点云数据的低频平滑和高频保特征消噪;通过对比试验验证算法的有效性。     

基于局部细分曲面拟合的散乱数据孔洞修补算法

在逆向工程应用中,对于带有孔洞的散乱测量数据,给出了孔洞自动识别算法,通过提取孔洞邻域的局部数据进行三角网格划分和网格化简,得到带有孔洞的基网格.提出了基网格孔洞三角划分方法进行孔洞填补,在此基础上采用最小二乘方法进行Loop细分曲面拟合得到光滑的细分曲面片.以孔洞边界为基准,给出了细分曲面裁剪算法去除拟合曲面的多余部分,最后得到精确的孔洞填补数据.