反求工程中特征与约束技术研究

为了得到完整特征表达的参数化CAD模型,提出了反求工程领域特征与约束的定义、分类等基本理论和方法;分析反求工程中特征的层次性及不同特征之间的关系,进一步明确截面特征组合曲线上的特征点及曲线特征之间常见的几何约束的类型;基于几何特征和几何约束的截面曲线重建问题,对截面特征曲线全局约束优化方法进行研究,建立了基于截面形状特征约束重构的方法;给出了基于特征与约束的反求工程参数化建模设计过程及反求工程CAD建模的方法．     

基于ANN-NURBS的散乱数据点自由曲面重构

探讨了曲面三维密集散乱点数据的几何建模方法。按照先压缩后拟合的两步方法重构策略，实施基于ANN-NURBS的散乱点自由曲面重构。提出了基于人工神经网络(ANN)的散乱数据点的拓扑矩形网格重建方法并建立了神经网络模型。该模型利用神经元对曲面散乱点的学习和训练来模拟曲面上的点与点之间的内在关系，结点连接权矢量集作为对散乱点集的工程近似化并重构曲面样本点的内在拓扑关系。算例表明，该方法可实现三维密集散乱点数据自组织压缩，生成期望疏密程度和精度的矩形拓扑网格，并可有效保持原数据点集的拓扑特征，从而实现了基于NURBS的大规模散乱数据点的精确曲面重构。     

RE-SOFT系统架构及关键技术

介绍了专业反求工程软件RE-SOFT的体系结构,提出了两条解决反求工程CAD建模的路线和策略：一是再现产品从二维到三维的设计过程,即基于截面特征的反求建模路线要求,首先解决点云切片、二维特征元提取、约束施加以及截面曲线全局约束优化,然后通过拉伸、旋转等手段重构曲面模型;二是解决功能特征曲面“分治”再现和优化设计的快捷方法,即基于曲面特征的反求建模强调从点云中直接提取圆锥曲面、过渡曲面、规则扫略面等特征元素,并通过三维特征间的拓扑约束和全局优化生成曲面模型.通过以上两条基于特征的反求建模理论研究和实现,可以看出新一代反求工程软件更加重视建模过程和结果表达的完整参数化,寻求更高水准的支持产品变形设计和创新设计.建模实例表明,应用RE-SOFT系统可以快速获得完整特征表达的理想CAD模型.     

三维重建表面几何特征的提取与参数测量计算

对三维重建结果的表面特征进行提取和误差分析,是提高三维目标测量精度的关键步骤. 提出了对三维重建表面几何特征进行提取,并对其进行参数测量计算的方法. 首先利用STL文件对三维重建得到的目标点云数据进行读取、导出并筛选,得到三维重建目标的点云数据,通过迭代计算生成CAD模型表面点云数据. 再提取重建目标与CAD模型的几何特征,计算粗糙度、平行度和平面度等几何参数特征值,进行误差比较和分析,最后将该结果反馈至三维目标重建过程中. 实验结果表明,提出的方法能有效地提取三维重建结果表面几何特征及对表面进行测量计算.     

基于边特征的点云数据区域分割

为了提高反求工程建模的效率,提出了一种基于空间栅格的区域分割方法.该方法采用二次抛物面模型计算散乱数据点的曲率,利用空间栅格结构建立散乱点的拓扑关系,根据栅格中数据点与栅格中心点的相对位置计算栅格曲率以及相邻栅格间的曲率差值,由曲率差函数判别并抽取边特征栅格.通过特征栅格的空间位置与曲面栅格的连通性实现了空间散乱数据的区域分割. 工程应用实例表明: 该方法能够直接处理点云数据而无需构建三角网格,具有运算简单,稳定性高等特点.可有效解决具有曲率突变性的点云数据的区域分割及特征提取问题.     

一种拟合误差驱动的自适用隐式曲面重建算法

针对散乱数据,提出一种拟合误差驱动的自适应隐式曲面重建算法。算法根据二次曲面的拟合误差进行自适应拟合,改变了传统方法从八叉树中顶层节点开始拟合,减少了拟合次数,加快了重建速度;并修正权函数,加入密度函数,削弱由于散乱数据密度的不一致对重建曲面影响。实验结果表明,该算法原理简单,重建速度快,重建效果良好。     

散乱点云切片数据快速获取与优化

为快速准确地获取散乱点云切片数据,以较少数据准确表达模型型面特征,提出一种散乱点云切片数据获取及优化算法.该算法基于散乱点云动态索引实现切片数据快速获取,对所获切片数据建立极坐标系,分别基于极角阈值与极径阈值实现切片数据区域划分与轮廓分离.通过依次连接各区域相同轮廓数据形心实现切片数据的精简与排序,生成精确有序的单轮廓或多轮廓切片数据.实例证明,该算法可应用于各种复杂散乱点云的切片数据快速、精确获取与优化处理,对有效提高参数曲线、曲面重构效率与精度具有重要意义.     

稠密化重建稀疏性特征多图像3D构建实现

给出了一种稠密化重建稀疏性特征多图像3D重建的方法.首先对采集的目标样本图进行特征提取,基于特征点通过绝对二次曲面约束等方法分层重建投影矩阵;其次对特征点基于自标定矩阵逆映射成稀疏3D点集,创建面片并扩展邻域生成稠密点集;最后经滤波生成精确3D目标模型.实验结果表明重建的物体可视性较高,稳定性好,具有总体性能优良等优点.     

层次约束结构的虚拟装配建模技术

为了解决虚拟环境下装配建模在信息完备性和模型复杂性等方面的问题,提出了一种基于层次约束结构的虚拟装配模型.该模型分为产品层、部件层、零件层、特征层、几何面层和面片层来表达,不同层元素之间存在层次映射关系,同一层元素之间存在约束关系.通过CAD系统和虚拟装配系统之间的数据转换,实现了虚拟装配模型的生成算法,并给出了根据虚拟装配模型生成的虚拟装配场景图的结构.基于层次约束结构的虚拟装配模型具有信息表达完备,信息集成度高,满足实时性要求等优点,同时还能与CAD系统和虚拟装配场景图实现集成.实例验证了虚拟装配建模的有效性.     

基于最小二乘的选权迭代抗差拟合模型研究

目的提出基于最小二乘的选权迭代抗差推估GPS水准高程拟合方法,并检验可靠性.方法利用数值分析方法和GPS水准拟合过程分析软件对相关平面、二次曲面和三次曲面抗差推估数学模型进行对比分析研究.结果二次曲面抗差的结果要好于相关平面与三次曲面抗差的结果精度,并非抗差模型阶次越高有效性越高.抗差模型的精度与点位分布有关.在进行抗差计算时要结合多种模型进行比较分析,特别点要进行多次抗差计算,通过抗差计算有效剔出了粗差点,提高了GPS水准拟合精度.结论基于最小二乘的选权迭代抗差拟合模型解决了常规拟合模型不稳定的缺点,实际数据证明,模型结果能够达到等级几何水准的精度.     

An improved adaptive response surface method for structural reliability analysis

The response surface method (RSM) is one of the main approaches for analyzing reliability problems with implicit performance functions. An improved adaptive RSM based on uniform design (UD) and double weighted regression (DWR) was presented. In the proposed method, the basic principle of the iteratively adaptive response surface method is applied. Uniform design is used to sample the fitting points. And a double weighted regression system considering the distances from the fitting points to the limit state surface and to the estimated design points is set to determine the coefficients of the response surface model. Compared with the conventional approaches, the fitting points selected by UD are more representative, and a better approximation in the key region is also observed with DWR. Numerical examples show that the proposed method has good convergent capability and computational accuracy.     

结合网格补洞和曲面拟合的龋齿修补方法

该文基于医学数据处理软件Mimics系统,提出并实现了一种结合三角网格补洞和B样条曲面拟合的龋齿修补方法.首先在Mimics系统中提取牙齿表面的离散数据,并导出PLY格式的三角网格,通过对龋齿网格数据的孔洞边界提取和三角网格孔洞修补,得到完整的三角网格数据.然后采用网格数据进行分割、参数化和最小二乘拟合,求得B样条曲面...     

面向大曲率组合曲面的喷涂机器人喷枪轨迹组合与连接问题研究

摘要：针对喷涂机器人在大曲率组合曲面的面片上喷枪轨迹间的组合与连接问题,结合曲面拟合理论与喷枪建模方法,建立喷枪轨迹优化模型,提出一种满足大曲率组合曲面上喷枪轨迹首尾衔接的算法程序。首先,基于曲面拟合理论将大曲率组合曲面转换为自然二次曲面面片组合,建立涂层增长模型,对组合曲面上不同类型自然二次曲面面片交界处的喷枪轨迹进行优化;其次,基于该模型运用交换子和交换序列的思想,设计出实现喷涂大曲率组合曲面的喷枪轨迹组合与连接的新算法,并编写相应的算法程序,实现喷涂轨迹的全局优化;最后,通过某一种汽车外壳的喷涂实验,验证了模型的有效性和算法程序的可行性,实现了对大曲率组合曲面的连续性喷涂。     

工业摄影测量中的三维二次曲面面形分析

为了解决摄影测量中测量坐标系和工件设计坐标系不一致的情况下进行面形参数比较的问题,提出了三维二次曲面的面形分析方法,并在实验中验证其可行性。该方法首先用被测点的坐标值,由是小二乘法获得测量坐标系下的一般三维二次曲面方程的参数,然后经过坐标变换得到标准方程的参数,再把它与设计的参数相比较,并可以由获得的标准方程重构出被测物体的曲面图形。由于该方法具有普遍性。,可以解决各种三维测量方法中类似的问题,具有广泛的应用领域。     

基于B样条曲面的牙齿表面三维建模算法研究

牙齿的几何建模在医学上有着十分重要的应用价值,常见的三维牙齿建模通常是基于图像的离散网格模型,不利于进一步数学处理。该文基于散乱的牙齿表面数据,通过对数据分割和参数化,构造多张B样条曲面整体拟合方程,利用最小二乘方法,求得G1光滑连接的B样条三维牙齿表面模型。该文用实例说明牙齿表面的三维重建过程。     

新二次曲线法一种曲线曲面设计和加工的新方法

在加工中,往往需要设计或拟合构件的曲线或曲面.本文提出了一种新二次曲线法,介绍了用于曲线设计和拟合的公式,还提供了若干应用实例.     

点云管道曲面的重构

该文主要研究了根据三维散乱点云重构管道曲面的一种算法.首先将散乱的数据点分块,计算得到对应管道曲面的中心轴线上的点,然后将其作为控制顶点拟合成光滑的B样条曲线,再以B样条上的点为圆心绘制圆,最后连接所有圆生成光滑的管道曲面.该文利用散乱点的微分几何性质及最小二乘拟合算法,局部拟合最佳的圆柱面,准确计算管道面的中心轴点,...     

曲面散乱点集的组合三角剖分法

曲面散乱点集的三角剖分广泛应用于三维重建领域.为了更加快速、准确的完成曲面重建,提出了一种组合三角剖分法.此方法将整个剖分过程分为三个步骤:首先借鉴分治算法的思想将整个点集进行区域划分,以降低其拓扑结构的复杂性;之后在各个小区域内依据异侧准则、法向量夹角最大准则、域值距离准则和最小内角最大准则进行直接三角剖分;最后根据三维Delaunay空球准则进行各区域边界的连接,从而完成剖分.实验结果表明,组合法可以准确、快速的实现曲面散乱点集的三角剖分.     

基于顶点变形梯度的点云曲面形状插值

为了重用现有模型,减少动画设计的工作量,需在点云曲面关键帧之间进行形状插值.给出了点云曲面顶点变形梯度的计算方法,顶点变形梯度由其k邻近点决定,并从二次能量优化的角度给出了一个闭合解.基于该变形梯度以及移动最小二乘方法建立了源点云与目标点云之间的对应关系;将变形梯度进行矩阵极分解,对分解后的各分量分别进行插值,再通过一个全局的二次能量优化实现点云曲面的形状插值.该方法直接在点云上进行,无需类似网格的拓扑结构,也不要求源点云与目标点云具有相同的采样点数和一致的对应关系.实验表明,该方法能有效地实现源点云与目标点云之间的形状插值.     

燃气轮机燃烧室过渡段冷却结构尺寸优化设计

通过选择导流衬表面冷却孔直径作为尺寸优化的设计变量,运用二次回归正交组合试验设计方法合理分布试验点,并结合最小二乘法构造出燃烧室壁面温度及冷空气出口压强关于冷却孔直径的响应面模型,研究了燃气轮机燃烧室过渡段的冷却问题。最后采用自适应响应面法对响应面模型进行了优化设计。数值模拟结果对过渡段的造型及冷却设计提供了有价值的参考。