快速计算高精度细分曲面之间交线的方法

为解决细分曲面求交效率低、稳定性不足的问题,基于分治策略提出一种更加高效、稳定的CatmullClark细分曲面求交算法。采用新型数据结构实现细分曲面的分片表示,将细分曲面的求交问题转化为若干细分曲面面片的求交问题。对细分曲面面片进行多级分裂,并结合包围盒干涉检测技术获取相交网格集。利用细分曲面面片拓扑结构特性求解交线的首交点,同时建立相交网格边和相交网格面的选取规则,按序计算后续交点,得到细分曲面面片的交线。求出所有相交细分曲面面片间的交线后,再利用细分曲面面片间的拓扑关系合并细分曲面交线段。通过实例对算法进行了测试,结果表明,该算法在细分曲面形状复杂、细分次数较高的情况下能够实现高效、稳定的求交运算。     

给定精度条件下的Catmull-Clark细分曲面求交研究

细分曲面由于没有整体解析表达式,与参数、隐式曲面相比求交更加困难。针对基于平面四边形网格的Catmull-Clark细分曲面,在给定精度条件下,把对细分曲面的求交转化为对一定细分层次控制网格的求交:首先构造两张控制网格上相交四边形网格带及其1-邻域网格带,然后不断细分相交四边形网格带及其1-邻域网格带,提高求交精度,其次求解出相交四边形网格的交点,并根据拓扑关系将其顺序连接起来既得到两细分曲面之间的相交曲线,实现了细分曲面的求交。     

基于四边形网格参数细分的平面与自由曲面求交算法

为解决计算机辅助设计和制造过程中常见的平面与曲面精确求交问题,提出了一种四边形网格参数面片结构模型,并运用空间直线与平面的相交状态进而得出四边形面片与平面的相交状态。求交时将自由曲面在参数域内逐步细分为这样的面片结构,对处于不同状态的四边形面片做不同的处理,最后得出一张交线链表,采用样条拟合算法即可得到交线。实例计算结果表明,所提出的求交方法收敛性好而且精度高,能很好地应用于实际求交运算中。     

基于多信息体素空间划分的高效自由曲面分层算法

随着多自由度增材制造技术的发展,直接基于曲面的分层处理和路径规划方法被广泛研究。针对目前曲面分层算法通用性不强、效率低下等问题,提出基于多信息体素空间划分的高效鲁棒的自由曲面分层算法。通过将三角面片表面体素化,快速筛选出相交三角面片,算法时间复杂度由传统算法的平方复杂度降低为线性复杂度,解决了以往曲面分层算法难以处理大尺寸复杂模型的问题。根据三角网格邻接边的拓扑连续性避免同一轮廓环交点在不同求交条件下的重复计算,解决交点重复求交过程因为浮点数计算误差导致的点扩散问题,获取正确曲面轮廓交线环。最后对交线环内部的曲面进行三角剖分,获取曲面内部信息,得到曲面分层结果。测试了不同模型的圆柱面、球面、自由曲面等类型的曲面分层处理以及算法运行时间,验证了本算法的高效性和正确性。在6轴KUKA机器人和2轴变位机组合装备上对螺旋桨模型进行加工试验,证明了本算法的实用性。     

计算空间点到细分曲面有符号最近距离的方法

针对在海量细分曲面数据中计算空间点到细分曲面有符号最近距离效率较低的问题,创建一个新的细分曲面数据结构,实现细分曲面的分片表示,进而采用分治策略控制计算规模.利用细分曲面面片网格拓扑结构特性,结合多分辨率采样技术,以空间点和细分曲面极限网格顶点的最近距离作为择优指标,在细分曲面面片中搜索距离空间点最近的顶点.以最近顶点的位置和法向建立参数直线方程,以此为基础,进行最近距离的误差分析和符号判断.结合局部细分技术,提高最近距离的计算精度.基于Catmull-Clark细分模式,通过实例验证了算法的可行性和有效性.与常规方法相比,该算法计算效率高、精度可控,算法原理适用于多种细分模式.     

曲面造型中一种快速的曲面跟踪求交算法

提出了一种新的曲面求交算法,采用精度好、效率高、计算稳定的迭代方法求得等参数网格线在曲面上的交点,并通过跟踪获得两曲面的交线。本算法由三个子算法组成,一个是求曲面上到固定点距离最近的点,一个是求参数网格线与曲面的交点,一个是求曲面与曲面的交点。为保证不遗漏交点,利用第一个算法对参数网格点进行分类,跟踪交点时利用第三个求下一个交点。与离散法求交相比,本算法具有计算稳定性、可靠性好,速度快,精度高的优点     

三角Bézier曲面数控精加工刀轨快速生成算法

为了解决三角Bézier曲面精加工刀轨生成效率低以及存在的刀轨干涉等问题,提出一种基于三角Bézier曲面的数控精加工刀轨快速生成算法,该算法引入动态索引组织三角Bézier面片的拓扑近邻关系,基于该索引快速获取与刀轨截平面相交的三角Bézier面片集,对其中任一相交面片进行初始交点迭代计算,从初始交点开始跟踪迭代获取跨越三角Bézier面片的完整交线,将获得的有序交线各端点作为刀触点获取相应刀位点,依据刀触点处曲面法矢与刀杆矢量的关系快速确定可能存在干涉的区域,进而对干涉区域刀位点进行调整获取无干涉刀位点,顺次连接各刀位点生成数控加工刀轨,实例证明该算法可对任意复杂三角Bézier曲面精确、快速生成数控加工刀轨,并通过三角Bézier曲面模型的数控刀轨生成验证了该算法的实用性。     

曲面间最小距离及其在曲面求交中的应用

为了计算曲面间的最小距离 ,首先在两曲面上分别划分网格 ,选择两曲面上对应于最小距离的一对网格点作为初始点 ,利用曲面的几何特性进行数值迭代求取两曲面间的最小距离。在此算法的基础上 ,对采用跟踪法求曲面交线时如何确定初始跟踪点进行了深入研究。为了获得用于跟踪全部交线的初始跟踪点 ,将一张曲面分割成一组小曲面片 ,利用曲面间的最小距离检测各曲面片与另一曲面的相交性 ,并采用二分法求初始跟踪点。计算结果表明 ,本文算法效率高 ,稳定性好 ,实用性强。     

基于网格分割的自适应细分曲面算法研究

细分曲面中,随着对模型细分次数的增多,模型的面片数迅速增长,巨大的数据量加大了模型后处理的难度。为此,结合网格分割技术,提出了一种自适应细分曲面算法。该算法利用控制网格每个顶点与其对应的极限位置之间的欧氏距离不同、采用K-均值算法和区域合并技术对控制网格进行分割,随后对用户指定的网格区域或不满足精度的区域进行局部自适应细分。实验结果表明,该算法在给定精度范围内,有效地以相对较少的面片数获得了理想光滑的细分曲面,且大大提高了模型的后处理速度。     

面向医学假体CAD的Loop细分曲面拟合系统

为实现基于Loop细分曲面表示的医学假体CAD造型,提出了一个完整的Loop细分曲面拟合系统。输入为CT图像经三维重建并经滤噪与平滑处理所得的密集三角网格,再用QEM简化算法与提出的网格优化算法进行简化优化得到基网格,将提出的优化算法与QEM算法无缝集成,最后用顶点迭代调整细分拟合算法输出细分控制网格。该控制网格可作为后续设计与加工模块的输入,对其作若干次Loop细分后即得到逼近于原始网格的光滑细分曲面。     

基于复合三角Bezier曲面/平面交线的裁剪

提出一种复合三角Ｂｅｚｉｅｒ曲面与平面的求交算法,这种算法能处理多条交线、交线环的情况,在自由曲面数控加工编程中具有广泛的应力场合,对提高汽车等领域的曲面ＮＣ加工精度具有重要的工程价值。将交点作为型值点插入相应的三角网格,通过三角网 重新划分和分离,实现复合曲面的裁剪。试用显示,这种裁剪方法在工程上是行之有效的。     

复合三角Bezier曲面/平面跟踪求交算法及几点改进

针对复合三角Bezier曲面的特点及其与平面求交中各种情况的详尽分析,对原有跟踪求交算法存在的问题进行改进,对曲面片边界曲线与平面重合等特殊情况进行处理,提高了原有算法的稳定性,在曲面裁剪、截面交线计算和数控加工编程等实际应用中取得了良好的效果。     

主法向方向单调自由曲面简易骨架图生成算法

利用骨架图进行三维模型的相似性比较研究在工程中有着重要的应用,可以有效地解决检索与重用等问题。本文给出了一种用简易骨架图描述主法向方向单调自由曲面(沿曲面的主法向方向的任一直线与该曲面最多只有一个交点)的方法。首先,求自由曲面的总法向量,按照总法向量的反方向将自由曲面投影到二维平面上,得到投影曲面;然后,求取投影曲面的骨架点和骨架线;最后,将投影曲面的骨架线按照自由曲面的总法向量方向进行柱面拉伸与自由曲面产生交线,该交线就是自由曲面的简易骨架图。并将本文算法与MATLAB中求骨架算法进行比较,实验表明,本文所得的简易骨架图可以更好地描述主法向方向单调自由曲面的几何与拓扑特征,为比较自由曲面的相似性提供了理论技术基础。     

自适应混合细分算法研究

提出一种适用于三角形和四边形组成的混合网格的自适应细分算法 ,该自适应细分过程通过二面角的阀值来控制 ,在拓扑分裂时将自适应细分与混合细分有效结合。实例表明 ,该算法运算效率高 ,在细分过程中能够大幅度地控制网格的增长 ,获得效果良好的曲面     

细分曲面的形状调节与控制

对Doo-Sab in细分算法进行了延拓,通过引入一个形状参数λ(0≤λ≤1),使生成的细分曲线、曲面在给定拓扑网格的情况下可以调节和控制。本文提出的算法简单、易于操作,可方便地解决工程实际中曲面位置调整和形状控制问题。     

任意曲面离散求交的投影算法及其实现

提出一种任意曲面离散求交的投影算法。曲面首先被离散为一系列三角形平面子面片 ,然后将这些平面三角形面元分别投影到正投影面和水平投影面上 ,再将得到的两个投影映射到二维空间。在二维空间 ,求出两相交三角形的交线段 ,其集合就是两曲面交线的逼近。在详细描述算法原理后 ,给出了算法的实现步骤     

基于边界曲线的细分曲面控制网格的生成研究

构造细分曲面的初始控制网格是利用细分曲面技术进行自由曲面造型过程中的一个重要问题。该文提出一种基于边界曲线的初始控制网格构造方法,其中包括曲线的离散化、基曲面边界回路识别以及回路内控制网格的生成等过程,以实现任意拓扑结构边界曲线的控制网格的生成。该方法在多种不同的曲线模型上进行了测试,简化了曲面造型的网格生成过程,可有效提高自由曲面的设计效率。     

三角Bézier曲面快速求交算法

提出一种三角Bézier曲面快速求交算法,该算法采用R*S-树建立三角Bézier曲面的动态空间索引结构,基于该索引结构快速获取相交区域三角Bézier曲面片集,通过设定离散精度阀值,在逼近精度允许范围内将相交三角Bézier曲面片均匀离散为三角网格,采用R*S-树建立离散后三角网格的动态空间索引结构,通过网格单元间的求交获取交线数据,进而通过查询共端点交线数据跟踪提取三角Bézier曲面的完整交线,实例证明该算法在逼近精度允许范围内可快速、准确获取任意复杂三角Bézier曲面交线,并通过三角Bézier曲面模型的数控刀轨生成验证了该算法的实用性。     

√3细分曲面的误差分析

针对细分控制网格与细分极限曲面的逼近度这一问题,基于细分控制网格的拓扑结构和细分模式的几何规则,提出一种√3细分曲面的误差估计方法并给出一个误差估计公式.利用该公式,根据给定的精度,可事先知道细分之后控制网格满足该精度的最少细分次数而不需要实际对一个模型细分.结合该误差估计方法,给出一种√3细分曲面数控加工刀具轨迹生成方法和一种用于直接在STL文件基础上提高精度的方法.试验结果表明这种误差估计方法的有效性.     

基于控制顶点的Bezier曲面交线算法

Bezier曲面求交问题是CAGD的核心问题之一。利用Bezier曲面片的控制顶点构造可展直纹面片,将Bezier曲面的求交问题转化为可展直纹面的求交问题,从而获得一种简单快捷的求交算法。